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C语言中操作符的详细介绍
2022-08-03 14:06:00 【绝不秃头的小菜鸟】
文章目录
操作符详解：之前写过一篇操作符的略解,可以连着一起看
一：算术操作符
+ - * / %
- 除了 % 操作符之外，其他的几个操作符可以作用于
整数和浮点数。 - 对于 / 操作符如果两个操作数都为整数，执行整数除法。而只要有
浮点数执行的就是浮点数除法。 - % 操作符的
两个操作数必须为整数。返回的是整除之后的余数。
二：移位操作符
在讲移位操作符之前，我们先来补充一下原码反码补码：
1：原码、反码、补码
正数的原反补码完全相同。符号位是0，表示正数符号位是1，表示负数
负数的原反补码遵循以下规则：
原码：数据的二进制代码，代表了变量的值属性
反码：除符号位全部按位取反
补码：反码加一,整数在内存中存储和程序使用数据时都用的是补码
移位操作符移动的是存储在内存的补码
2：左移位操作符
移位规则：
左边抛弃、右边补0
注意：最后使用(打印)的结果是移位之后的原码。
#include<stdio.h>
int main()
{
int a = 4;
//00000000000000000000000000000100 a的原码
//00000000000000000000000000000100 a的反码
//00000000000000000000000000000100 a的补码
int b = a << 1;
//把a的补码二进制位向左移位
//00000000000000000000000000001000 b中存储的补码
//00000000000000000000000000001000 b的原码
printf("a=%d,b=%d", a, b);//a=4,b=8
int c = -4;
//10000000000000000000000000000100 c的原码
//11111111111111111111111111111011 c的反码
//11111111111111111111111111111100 c的补码
int d = c << 1;
//11111111111111111111111111111000 c左移位后d中存储的补码
//11111111111111111111111111110111 d的反码
//10000000000000000000000000001000 d的原码
printf("c=%d,d=%d", c, d);//c=-4,d=-8
return 0;
}
3：右移位操作符
移位规则：
首先右移运算分两种：
- 逻辑移位
左边用0填充，右边丢弃 - 算术移位(大多数编译器用的是这种右移)
左边用原该值的符号位填充，右边丢弃
#include<stdio.h>
int main()
{
int a = -4;
//10000000000000000000000000000100 a的原码
//11111111111111111111111111111011 a的反码
//11111111111111111111111111111100 a的补码
int b = a >> 1;
//把a的补码二进制位向右移位
//11111111111111111111111111111110 a右移位后b中存储的补码
//11111111111111111111111111111101 b的反码
//10000000000000000000000000000010 b的原码
printf("a=%d,b=%d", a, b);//a=-4.b=-2
return 0;
}
警告 ：
对于移位运算符，不要移动负数位，这个是标准未定义的。
例如
int num = 10;
num>>-1;//error
三：位操作符
位操作符有：
注：位操作符的位都是针对二进制来说的
//位操作符
#include<stdio.h>
int main()
{
int a = 3;
int b = -5;
int c = a & b;//& -按(2进制)位与
//&运算规则:对应补码数字,有0则为0,两个数同时是1则为1.
//00000000000000000000000000000011 a的补码
//11111111111111111111111111111011 b的补码
//00000000000000000000000000000011 按位或后c的补码
//00000000000000000000000000000011 c的原码
printf("c=%d\n", c);//c=3
int d = a | b;//| -按(2进制)位或
//|运算规则:对应补码数字,有1则为1,两个数同时是0则为0.
//00000000000000000000000000000011 a的补码
//11111111111111111111111111111011 b的补码
//11111111111111111111111111111011 按位或后d的补码
//11111111111111111111111111111010 d的反码
//10000000000000000000000000000101 d的原码
printf("d=%d", d);//d=-5
int e = a ^ b;//^ -按(2进制)位异或
//^运算规则:对应补码数字,相同为0,相异为1
//00000000000000000000000000000011 a的补码
//11111111111111111111111111111011 b的补码
//11111111111111111111111111111000 按位异或后e的补码
//11111111111111111111111111110111 e的反码
//10000000000000000000000000001000 e的原码
printf("e=%d", e);//e=-8
return 0;
}
一些小结论：a^a=0 a^0=a
一道变态的面试题
不能创建临时变量（第三个变量），实现两个数的交换。
分析思路：
运用上面的小结论，但要实施交换且无法创立第三个数，所以我们先将两个数a与b按位异或，异或完后的结果，再对a或者b进行异或，从而就可以做出数字的交换。
//不能创建临时变量（第三个变量），实现两个数的交换。
#include<stdio.h>
int main()
{
int a, b = 0;
scanf("%d %d", &a, &b);
a = a ^ b;
b = a ^ b;//实际上b=a^b^b=>b=a;
a = a ^ b;//实际上a=a^b^a=>a=b;
printf("%d %d", a, b);
return 0;
}
练习题：
编写一个代码实现：求一个整数存储在内存中的二进制中1的个数。
//编写一个代码实现：求一个整数存储在内存中的二进制中1的个数。
//参考代码：
//方法1
#include <stdio.h>
int main()
{
int num = 10;
int count = 0;//计数
while (num)
{
if (num % 2 == 1)
count++;
num = num / 2;
}
printf("二进制中1的个数 = %d\n", count);
return 0;
}
//思考这样的实现方式有没有问题？
//方法2：
#include <stdio.h>
int main()
{
int num = -1;
int i = 0;
int count = 0;//计数
for (i = 0; i < 32; i++)
{
if (num & (1 << i))
count++;
}
printf("二进制中1的个数 = %d\n", count);
return 0;
}
//思考还能不能更加优化，这里必须循环32次的。
//方法3：
#include <stdio.h>
int main()
{
int num = -1;
int i = 0;
int count = 0;//计数
while (num)
{
count++;
num = num & (num - 1);
}
printf("二进制中1的个数 = %d\n", count);
return 0;
}
//这种方式是不是很好？达到了优化的效果，但是难以想到。
四：赋值操作符
五：单目操作符
1：单目操作符介绍
可见之前的博客,写的很详细
我们来补充一下
~：对一个数的二进制按位取反
#include<stdio.h>
int main()
{
int a = 0;
//00000000000000000000000000000000 a的原反补码
//按位取反(所有的都得变)
//11111111111111111111111111111111 内存中~a存储的补码
//11111111111111111111111111111110 ~a的反码
//10000000000000000000000000000001 ~a的原码
printf("%d\n", ~a);//打印出来的结果是~a的原码 -1
return 0;
}
题目1：想要把a=10的二进制的第n个位从0置换成1。
我们应该怎么做：
方法：将a的第n位 置为1
先定义n=0
00000000000000000000000000001010 a的原反补码
我们要置1，那么我们假设一个数与a按位或，才能将某个位置置为1。那么我们假设这个数：
00000000000000000000000000000100 按位或后得到下面这个数字
00000000000000000000000000001110
那么假设的那个数我们怎么表示？上面这个例子就是在n=0里面将1向左移动了2个位置(1<<2)，但其实这是第三个数字。还有其他的情况，和上面的情况一样，所以我们可以得出结论：a的第n个位置置为1的方法：1<<(n-1).
代码：
//想要把a=10的二进制的第n个位从0置换成1。
//方法:把a的第n位置为1
#include<stdio.h>
int main()
{
int a = 10;
int n = 0;
scanf("%d", &n);
//00000000000000000000000000001010 a的原反补码
//00000000000000000000000000000000 n的原反补码
//00000000000000000000000000000100 1<<2
//.......... 1<<n-1
//00000000000000000000000000001110 a与第四种情况按位异或后得到最终结果
a = a | (1 << n - 1);
printf("a=%d\n", a);
return 0;
}
题目2：想要把a=26的二进制的第n个位从1置换成0。
我们应该怎么做：
方法：将a的第n位 置为0
先定义n=0
00000000000000000000000000011010 a的原反补码
我们假设把a变回上面a=10的情况，那就要把第五个数字变为0
我们要置0，那么我们假设一个数与a按位与，这个数就是——
111111111111111111111111111111101111 得到
00000000000000000000000000001110
假设的那个数由
00000000000000000000000000010000按位取反得到
第五个数字由1变0，所以我们可以得出结论：a的第n个位置置为0的方法：~(1<<(n-1)).
#include<stdio.h>
int main()
{
int a = 26;
int n = 0;
scanf("%d", &n);
//把a的第n位置为0
a = a & ~(1 << (n - 1));
printf("a=%d\n", a);//10
return 0;
}
2：sizeof 和 数组
可见之前的博客,写的很详细
这里我们再补充一点：
#include<stdio.h>
int main()
{
short s = 10;
int a = 2;
printf("%d\n", sizeof(s = a + 5));//2
//本来2+5是一个int类型,但我们要把结果放到s里面去
//short类型只有2个字节,要把4个字节的数放到2个字节里面去放不下
//怎么办?发生截断,4个字节截断后剩下2个字节。
//最终结果由s来决定
printf("%d\n", s);//10(sizeof内部放的表达式不计算)
return 0;
}
#include<stdio.h>
void test1(int arr[])
{
printf("%d\n", sizeof(arr));//4/8
//(传参后形参是数组,实质上是指针,相当于求sizeof(int*)的大小)
}
void test2(char ch[])
{
printf("%d\n", sizeof(ch));//4/8
//(传参后形参是数组,实质上是指针,相当于求sizeof(char*)的大小)
}
int main()
{
int arr[10] = {
0 };
char ch[10] = {
0 };
printf("%d\n", sizeof(arr));//40
printf("%d\n", sizeof(ch));//10
test1(arr);
test2(ch);
return 0;
}
总结：数组名是首元素的地址，但有两种例外情况
1.sizeof(数组名)，数组名表示整个数组，不是首元素的地址。sizeof(数组名)计算的是整个数组的大小，单位是字节。
2.&数组名，数组名表示整个数组，不是首元素的地址。&数组名取出的是整个数组的地址。
六：关系操作符
可见之前的博客,写的很详细
警告：
在编程的过程中== 和=不小心写错，导致的错误。
为什么字符串不能用普通的关系操作符来比较？
#include<stdio.h>
int main()
{
char arr[] = "abcdef";
if(arr=="abcdef")
printf("==\n");
return 0;
//err
//arr是数组名,数组名是地址,并没有比较字符串的内容
}
七：逻辑操作符
逻辑与(&&)是在前后表达式均为真时整个表达式为真，逻辑或(||)是在前后表达式有一个为真时整个表达式为真
区分逻辑与和按位与：1&2----->0 、1&&2---->1
区分逻辑或和按位或：1|2----->3 、1||2---->1
C语言中0为假，非零为真。
注意:如果有多个&&或者多个||运算
1：程序是从左到右判断的。
2：假如从左到右的过程中，&&与||就判断出真假，那么后面剩余的判断程序就不需要执行了(可见下面的例题)
例题：
//例题
#include <stdio.h>
int main()
{
int i = 0, a = 0, b = 2, c = 3, d = 4;
i = a++ && ++b && d++;
//计算表达式是从左往右算
//由于后++是先使用后加,
//所以进入i中的a当0使用,0为假,整体全为假.i=0
//所以b,d不加,此时实施完这行代码后,
//a再++,变成1
printf("a = %d\n b = %d\n c = %d\nd = %d\n", a, b, c, d);
//1 2 3 4
//拓展1:如果改成int a=1结果如何?
//进入i中的a为1,1为真.然后进入b
//b先变成3,然后再与1逻辑与,为真,然后进入d
//d为4,为真,所以整体为真,i=1
//实施完这行代码后,d再++,变成5
//所以a b c d的结果分别为2 3 3 5.
printf("a = %d\n b = %d\n c = %d\nd = %d\n", a, b, c, d);
//2 2 3 5
//拓展2:a=1,i变成i = a++||++b||d++;结果如何?
//进入i中的a为1,1为真,整体全为真.i=1
//所以b,d不加,此时实施完这行代码后
//a再++,变成2.
//所以a b c d的结果分别为2 2 3 4.
printf("a = %d\n b = %d\n c = %d\nd = %d\n", a, b, c, d);
//2 2 3 4
//拓展3:a=0,i和拓展2一样,结果如何?
//进入i中的a为0,0为假,然后进入b
//b先变为3,然后再与0逻辑或,3为真,整体全为真,i=1
//所以d不加,此时实施完这行代码后
//a再++,变成1
//所以a b c d的结果分别为1 3 3 4.
printf("a = %d\n b = %d\n c = %d\nd = %d\n", a, b, c, d);
//1 3 3 4
return 0;
}
八：条件操作符
九：逗号表达式
十：下标引用、函数引用和结构成员
1：[ ]下标引用操作符
操作数：一个数组名 + 一个索引值
int arr[10];//创建数组
arr[9] = 10;//实用下标引用操作符。
[ ]的两个操作数是arr和9。
2：( )函数调用操作符
接受一个或者多个操作数：第一个操作数是函数名，剩余的操作数就是传递给函数的参数。
#include <stdio.h>
void test1()
{
printf("hehe\n");
}
void test2(const char* str)
{
printf("%s\n", str);
}
int main()
{
test1();//实用()作为函数调用操作符。
test2("hello bit.");//实用()作为函数调用操作符。
return 0;
}
3：访问一个结构的成员
. 结构体.成员名
-> 结构体指针->成员名
//书：书名+定价
struct Book
{
char name[20];
int price;
};
int main()
{
struct Book sb = {
"C语言程序与设计", 55};
//结构体变量.结构体成员名
printf("%s %d\n", sb.name, sb.price);
struct Book* ps = &sb;
printf("%s %d\n", (*ps).name, (*ps).price);
//结构体指针->结构体成员名
printf("%s %d\n", ps->name, ps->price);
return 0;
}
十一：表达式求值
表达式求值的顺序一部分是由操作符的优先级和结合性决定。
同样，有些表达式的操作数在求值的过程中可能需要转换为其他类型。
1：隐式类型转换
C的整型算术运算总是至少以缺省整型类型的精度来进行的。
为了获得这个精度，表达式中的字符和短整型操作数在使用之前被转换为普通整型，这种转换称为整型提升。
比如说两个字符型变量相加就需要把这两个变量转化为int类型（整型提升），然后再进行相加，最后再将结果转化为字符类型（截断）
整型提升的意义：
表达式的整型运算要在CPU的相应运算器件内执行，CPU内整型运算器(ALU)的操作数的字节长度一般就是int的字节长度，同时也是CPU的通用寄存器的长度。
因此，即使两个char类型的相加，在CPU执行时实际上也要先转换为CPU内整型操作数的标准长度。
通用CPU（general-purpose CPU）是难以直接实现两个8比特字节直接相加运算（虽然机器指令中可能有这种字节相加指令）。所以，表达式中各种长度可能小于int长度的整型值，都必须先转换为int或unsigned int，然后才能送入CPU去执行运算。
//实例1
char a,b,c;
...
a = b + c;
b和c的值被提升为普通整型，然后再执行加法运算。
加法运算完成之后，结果将被截断，然后再存储于a中。
//负数的整形提升
char c1 = -1;
变量c1的二进制位(补码)中只有8个比特位：
1111111(截断)
因为 char 为有符号的 char
所以整形提升的时候，高位补充符号位，即为1
提升之后的结果是：
11111111111111111111111111111111
//正数的整形提升
char c2 = 1;
变量c2的二进制位(补码)中只有8个比特位：
00000001(截断)
因为 char 为有符号的 char
所以整形提升的时候，高位补充符号位，即为0
提升之后的结果是：
00000000000000000000000000000001
//无符号整形提升，高位补0
整形提升的例子:
#include<stdio.h>
int main()
{
char a = 0xb6;
short b = 0xb600;
int c = 0xb6000000;
if (a == 0xb6)
printf("a");
if (b == 0xb600)
printf("b");
if (c == 0xb6000000)
printf("c");
return 0;
//实例1中的a, b要进行整型提升,但是c不需要整型提升
//a, b整型提升之后,变成了负数,
//所以表达式a == 0xb6,b == 0xb600 的结果是假,
//但是c不发生整型提升,
//则表达式c == 0xb6000000的结果是真
//所以最后输出结果为c
}
//实例2
2：算术转换
如果某个操作符的各个操作数属于不同的类型，那么除非其中一个操作数的转换为另一个操作数的类
型，否则操作就无法进行。下面的层次体系称为寻常算术转换。
long double
double
float
unsigned long int
long int
unsigned int
int
如果某个操作数的类型在上面这个列表中排名较低，那么首先要转换为另外一个操作数的类型后执行运算。
警告：
但是算术转换要合理，要不然会有一些潜在的问题。
float f = 3.14;
int num = f;//隐式转换，会有精度丢失
#include<stdio.h>
int main()
{
char c = 1;
printf("%u\n", sizeof(c));
printf("%u\n", sizeof(+c));
printf("%u\n", sizeof(-c));
return 0;
//实例2中,c只要参与表达式运算,
//就会发生整形提升,表达式+c,就会发生提升,
//所以sizeof(+c)是4个字节.
//表达式-c也会发生整形提升,
//所以sizeof(-c)是4个字节,但是sizeof(c),就是1个字节
}
3：操作符的属性
操作符的优先级：规定了相邻操作符的执行顺序
操作符的结合性：相邻的两个运算符的具有同等优先级时，决定表达式的结合方向，有些需要让表达式从左向右计算（L-R），有些需要从右向左计算(R-L)，还有些并不适用（N/A）
例如：a=b=c中由于前后操作符相同，也就是说优先级相同，而=的结合性为R-L，也就是操作符从右到左执行，相当于a=(b=c)把c赋值给b，然后a=b把b赋值给a，这就是操作符的结合性。
是否控制求值顺序：最具代表性的是逻辑操作符。
例如对于exp1 && exp2的条件，exp1为假时exp2是不会计算的，同样对于exp1 || exp2的条件，exp1为真时exp2也是不会计算的。
由于操作符的优先级适用于相邻操作符，所以复杂表达式的值在不同的编译器下是不同的。
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