C语言操作符详解与进制

一：操作符的分类

二：二进制和进制转换

2.1 2进制转10进制

2.1.1 10进制转2进制数字

2.2 2进制转8进制和16进制

2.2.1 2进制转8进制

2.2.2 2进制转16进制

三：原码、反码、补码

四：移位操作符

4.1左移操作符

4.2 右移操作符

五：位操作符：&、|、^、~

六：单目操作符

七：单目操作符

八：下标访问[]、函数调用()

8.1[ ] 下标引用操作符

8.2函数调用操作符

九：结构成员访问操作符

9.1结构体

9.1.1结构的声明

9.1.2结构体变量的定义和初始化

9.2结构成员访问操作符

9.2.1结构体成员的直接访问

9.2.2结构体成员的间接访问

十：操作符的属性：优先级、结合性

10.1优先级

10.2结合性

十一：表达式求值

11.1整型提升

11.2算术转换

11.3 问题表达式解析

11.3.1 表达式1

11.3.2 表达式2

11.3.3 表达式3

11.3.4 表达式4

11.3.5 表达式5:

11.4 总结

一：操作符的分类

• 算术操作符： + 、 - 、 * 、 / 、 %

• 移位操作符: << ， >>

• 位操作符: & | ^ `

• 赋值操作符: = 、 += 、 -= 、 *= 、 /= 、 %= 、 <<= 、 >>= 、 &= 、 |= 、 ^=

• 单目操作符：！、 ++ 、 -- 、 & 、 * 、 + 、 - 、 ~ 、 sizeof 、 ( 类型 )

• 关系操作符: > 、 >= 、 < 、 <= 、 == 、 !=

• 逻辑操作符： && 、 ||

• 条件操作符： ? :

• 逗号表达式： ,

• 下标引用： []

• 函数调用： ()

• 结构成员访问： . 、 ->

上述的操作符，我们已经讲过算术操作符、赋值操作符、逻辑操作符、条件操作符和部分的单目操作符，今天继续介绍⼀部分，操作符中有⼀些操作符和二进制有关系，我们先铺垫⼀下二进制的和进制转换的知识。

二：二进制和进制转换

其实我们经常能听到2进制、8进制、10进制、16进制这样的讲法，那是什么意思呢？其实2进制、8进制、10进制、16进制是数值的不同表示形式而已。

比如：数值15的各种进制的表示形式：

15 的 2 进制： 1111

15 的 8 进制： 17

15 的 10 进制： 15

15 的 16 进制： F

我们重点介绍⼀下二进制：

首先我们还是得从10进制讲起，其实10进制是我们生活中经常使用的，我们已经形成了很多尝试：

• 10进制中满10进1

• 10进制的数字每⼀位都是0~9的数字组成

其实二进制也是⼀样的

• 2进制中满2进1

• 2进制的数字每⼀位都是0~1的数字组成

那么 1101 就是而进制的数字了。

2.1 2进制转10进制

其实10进制的123表示的值是⼀百二⼗三，为什么是这个值呢？其实10进制的每⼀位是权重的，10进制的数字从右向左是个位、十位、百位....，分别每⼀位的权重是10^0,10^1,10^2……

2进制和10进制是类似的，只不过2进制的每⼀位的权重，从右向左是: 2^0,2^1,2^2……

如果是2进制的1101，该怎么理解呢？

2.1.1 10进制转2进制数字

2.2 2进制转8进制和16进制

2.2.1 2进制转8进制

8进制的数字每⼀位是0~7的，0~7的数字，各自写成2进制，最多有3个2进制位就足够了，比如7的二进制是111，所以在2进制转8进制数的时候，从2进制序列中右边低位开始向左每3个2进制位会换算⼀个8进制位，剩余不够3个2进制位的直接换算。

如：2进制的01101011，换成8进制：0153，0开头的数字，会被当做8进制。

2.2.2 2进制转16进制

16进制的数字每⼀位是0~9,a ~f 的，0~9,a ~f的数字，各自写成2进制，最多有4个2进制位就足够了，比如 f 的⼆进制是1111，所以在2进制转16进制数的时候，从2进制序列中右边低位开始向左每4个2进制位会换算⼀个16进制位，剩余不够4个二进制位的直接换算。

如：2进制的01101011，换成16进制：0x6b，16进制表示的时候前面加0x。

三：原码、反码、补码

整数的2进制表示方法有三种，即原码、反码和补码

有符号整数的三种表示方法均有符号位和数值位两部分，2进制序列中，最高位的1位是被当做符号

位，剩余的都是数值位。

符号位都是用0表示“正”，用1表示“负”。

正整数的原、反、补码都相同。

负整数的三种表示方法各不相同。

原码：直接将数值按照正负数的形式翻译成二进制得到的就是原码。

反码：将原码的符号位不变，其他位依次按位取反就可以得到反码。

补码：反码+1就得到补码。

反码得到原码也是可以使用：取反，+1的操作。

对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码。

为什么呢？

在计算机系统中，数值⼀律用补码来表示和存储。原因在于，使用补码，可以将符号位和数值域统一处理；同时，加法和减法也可以统⼀处理（CPU只有加法器）此外，补码与原码相互转换，运算过程是相同的，不需要额外的硬件电路。

四：移位操作符

<< 左移操作符

>> 右移操作符

注：移位操作符的 操作数只能是整数 。

4.1左移操作符

移位规则：左边抛弃、右边补0

4.2 右移操作符

移位规则：首先右移运算分两种：

1. 逻辑右移：左边用0填充，右边丢弃

2. 算术右移：左边用原该值的符号位填充，右边丢弃

具体是哪一种取决于编译器，大部分编译器是算数右移

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：

五：位操作符：&、|、^、~

位操作符有：（操作的都是二进制）

& //按位与
| //按位或
^ //按位异或
~ //按位取反

注：他们的操作数必须是整数。

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。

这个方法满足题目要求，但是如果a+b非常大，以将超过了整形的范围，就会有问题，此时不妨用上刚刚讲解过的操作符来解决这个问题

通过以上特点，我们可以用^，来解决问题

练习1：编写代码实现：求⼀个整数存储在内存中的二进制中1的个数。

法一：

由于求的是存储在内存中二进制序列，所以a不论正负均可以用上面的代码

法二：

该方法，就有问题，如果n为负数，-1%2的结果就不为1

那如果是负数，还要用这个方法，要怎么办呢？

我们只需要将函数参数部分的int改为unsigned int即可，这样将-1传到函数时，会将最高位原本表示负数的1看作无符号的树数，可以判断了。

法三：

在说方法三怎么做之前，我们还要补充一个点：

练习2：二进制位置0或者置1

编写代码将13二进制序列的第5位修改为1，然后再改回0

六：单目操作符

单目操作符有这些：

！、++、--、&、*、+、-、~ 、sizeof（是操作符，不是函数）、(类型)

单目操作符的特点是只有⼀个操作数，在单目操作符中只有&和*没有介绍，这2个操作符，在讲解指针的时候说明。

sizeof可以加括号，也可以不加。如果是函数，即使没有参数，也有括号

七：单目操作符

exp1, exp2, exp3, …expN

逗号表达式，就是用逗号隔开的多个表达式。

逗号表达式，从左向右依次执行。

整个表达式的结果是最后⼀个表达式的结果。

if(a=b+1,c=a,d>0)//d>0才是真正的判断条件

八：下标访问[]、函数调用()

8.1[ ] 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。

8.2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。

九：结构成员访问操作符

9.1结构体

C语言已经提供了内置类型，如：char、short、int、long、float、double等，但是只有这些内置类

型还是不够的，假设我想描述学生，描述⼀本书，这时单⼀的内置类型是不行的。描述一个学生需要名字、年龄、学号、身高、体重等；描述⼀本书需要作者、出版社、定价等。C语言为了解决这个问题，增加了结构体这种自定义的数据类型，让程序员可以自己创造适合的类型。

结构是⼀些值的集合，这些值称为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量，如：

标量、数组、指针，甚至是其他结构体。

9.1.1结构的声明

struct tag//strcut 是关键字，tag是结构体的名字
{
    member-list;//成员列表，可以有一个或多个成员
}variable-list;//变量列表

9.1.2结构体变量的定义和初始化

9.2结构成员访问操作符

9.2.1结构体成员的直接访问

结构体成员的直接访问是通过点操作符（.）访问的。点操作符接受两个操作数。如下所示：

使用方式：结构体变量.成员名

9.2.2结构体成员的间接访问

有时候我们得到的不是⼀个结构体变量，而是得到了⼀个指向结构体的指针。如下所示：

使用方式：结构体指针->成员名

综合运用：

十：操作符的属性：优先级、结合性

C语言的操作符有2个重要的属性：优先级、结合性，这两个属性决定了表达式求值的计算顺序。

10.1优先级（相邻运算符）

优先级指的是，如果⼀个表达式包含多个运算符，哪个运算符应该优先执行。各种运算符的优先级是不⼀样的。

3 + 4 * 5;

上面示例中，表达式 3 + 4 * 5 里面既有加法运算符（ + ），又有乘法运算符（ * ）。由于乘法

的优先级高于加法，所以会先计算 4 * 5 ，而不是先计算 3 + 4 。

10.2结合性

如果两个运算符优先级相同，优先级没办法确定先计算哪个了，这时候就看结合性了，则根据运算符是左结合，还是右结合，决定执行顺序。大部分运算符是左结合（从左到右执行），少数运算符是右结合（从右到左执行），比如赋值运算符（ = ）。

5 * 6 / 2;

上面示例中， * 和 / 的优先级相同，它们都是左结合运算符，所以从左到右执行，先计算 5 * 6 ，

再计算 6 / 2 。

运算符的优先级顺序很多，下面是部分运算符的优先级顺序（按照优先级从高到低排列），建议⼤概

记住这些操作符的优先级就行，其他操作符在使用的时候查看下面表格就可以了。

• 圆括号（ () ）

• 自增运算符（ ++ ），自减运算符（ -- ）

• 单目运算符（ + 和 - ）

• 乘法（ * ），除法（ / ）

• 加法（ + ），减法（ - ）

• 关系运算符（ < 、 > 等）

• 赋值运算符（ = ）

由于圆括号的优先级最高，可以使用它改变其他运算符的优先级。

参考： https://zh.cppreference.com/w/c/language/operator_precedence

十一：表达式求值

11.1整型提升

C语言中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（char）和短整型（short）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。（一般是让char和short以int形式进行计算）

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。

如何进行整体提升呢？

1. 有符号整数提升是按照变量的数据类型的符号位来提升的

2. 无符号整数提升，高位补0

11.2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靠后，那么首先要转换为另外⼀个操作数的类型后执行运算。

11.3 问题表达式解析

11.3.1 表达式1

//表达式的求值部分由操作符的优先级决定。
//表达式1
a*b + c*d + e*f

表达式1在计算的时候，由于 * + 比的优先级高，只能保证， * 的计算是比 + 早，但是优先级并不

能决定第三个 * 比第⼀个 + 早执行。

所以表达式的计算机顺序就可能是：

a*b
c*d
a*b + c*d
e*f
a*b + c*d + e*f

a*b
c*d
e*f
a*b + c*d
a*b + c*d + e*f

11.3.2 表达式2

//表达式2
c + --c;

同上，操作符的优先级只能决定自减 -- 的运算在 + 的运算的前面，但是我们并没有办法得知， + 操作符的左操作数的获取在右操作数之前还是之后求值，所以结果是不可预测的，是有歧义的。

11.3.3 表达式3

//表达式3
int main()
{
 int i = 10;
 i = i-- - --i * ( i = -3 ) * i++ + ++i;
 printf("i = %d\n", i);
 return 0;
}

表达式3在不同编译器中测试结果：非法表达式程序的结果。

11.3.4 表达式4

#include <sdtio.h>
int fun()
{
 static int count = 1;
 return ++count;
}
int main()
{
 int answer;
 answer = fun() - fun() * fun();
 printf( "%d\n", answer);//输出多少？
 return 0;
}

这个代码有没有实际的问题？有问题！

虽然在大多数的编译器上求得结果都是相同的。

但是上述代码 answer = fun() - fun() * fun(); 中我们只能通过操作符的优先级得知：先算乘法，再算减法。

函数的调用先后顺序无法通过操作符的优先级确定。

11.3.5 表达式5:

//表达式5
#include <stdio.h>
int main()
{
 int i = 1;
 int ret = (++i) + (++i) + (++i);
 printf("%d\n", ret);
 printf("%d\n", i);
 return 0;
}
//尝试在linux 环境gcc编译器，VS2013环境下都执⾏，看结果。

看看同样的代码产生了不同的结果，这是为什么？

简单看⼀下汇编代码，就可以分析清楚.

这段代码中的第⼀个 + 在执行的时候，第三个++是否执行，这个是不确定的，因为依靠操作符的优先级和结合性是无法决定第一个 + 和第三个前置 ++ 的先后顺序。