第4章 运算符与表达式
了解了程序中常用的数据类型后，还应该懂得如何操作这些数据。因此，掌握C语言中各种运算符与表达式是必不可少的。本章致力于使读者了解表达式的概念，掌握运算符及相关表达式的使用方法，其中包括赋值运算符、算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、位逻辑运算符、逗号运算符和复合赋值运算符，并且通过实例进行相应的练习，加深印象。
本章的知识架构及重难点如下：
4.1 表达式
C语言中，表达式由操作符和操作数组成。简单的表达式只包含一个操作符，复杂的表达式包含两个或两个以上操作符。例如：
25+25
num+29
iBase+(iPay*iDay)
表达式可出现在赋值语句的右侧或函数的参数中。表达式可返回一个结果，其数据类型取决于组成表达式的变量和常量的类型。
说明：表达式的返回值具有逻辑特性：如果返回值非零，那么返回的是真值，否则返回的是假值。因此，可以将表达式放在流程控制语句中，形成条件表达式。
【例4.1】编程中的数学计算 本实例定义了3个整型变量，首先对两个变量赋值并输出，然后通过3次计算，将3个表达式的结果依次赋值给第3个变量，最后将变量的值显示在屏幕上。
（1）主函数main中首先定义3个变量，然后为变量赋值。“iNumber1=3;”表示将3赋值给iNumber1,"iNumber2=7;"表示将7赋值给iNumber2,然后通过输出语句printf显示这两个变量的值。
（2）语句“iNumber3=iNumber1+10;"中，表达式将变量iNumber1与常量10相加，然后将返回的值赋给iNumber3变量，之后使用输出函数printf将iNumber3变量的值进行显示。接下来将变量iNumber2与常量10相加，进行相同的操作。
（3）语句”iNumber3=iNumber1+iNumber2;"中，iNumber1和iNumber2两个变量相加，将返回的和赋给变量iNumber3,最后输出显示结果。
运行程序，显示效果如上图所示。
编程训练
训练1：计算两个数的和 定义两个整型变量，分别赋值为520和1314，然后输出两数相加的结果。输出结果如下：
加数一是：520
加数二是：1314
相加的和是：1834
训练2：求三角形第三边的长度范围 三角形中，任何一边的长度都大于其他两边之差，小于其他两边之和。一个三角形的两边分别是13、16，求第三边的取值范围。输出结果如下：
4.2 赋值运算符与赋值表达式
程序中常常遇到的赋值符号"="就是赋值运算符，其作用就是将一个数据赋给一个变量。例如：
iAge = 520;
这就是一 次赋值操作，将常量520赋给变量iAge。也可以将一个表达式的值赋给一个变量，例如：
Total = Counter*3;
4.2.1 变量赋初值
在声明变量时，可以为其赋一 个初值，就是将一个常数或者一个表达式的结果赋值给一个变量，变量中保存的内容就是这个常量或者赋值语句中表达式的值。这就是为变量赋初值。
1.将常数赋值给变量
先来看一下将常数赋值给变量的标识符。例如：
char cChar='A';
int iFirst=100;
float fPlace=1450.78f;
2.通过赋值表达式为变量赋初值
通过赋值语句，可把一个表达式的结果值赋给一个变量。一般形式如下：
类型 变量名 = 表达式;
可以看到，与常数赋值的一般形式是相似的。例如：
int iAmount = 12+26;
float fPrice = fBase + Day * 3;
在上面的代码中，得到赋值的变量iAmount和fPrice称为左值，因为它出现在赋值语句的左侧。产生值的表达式称为右值，因为它出现在表达式的右侧。在定义变量的同时直接为其赋值的操作称为赋初值，也就是变量的初始化。先定义变量，再进行变量的赋值操作也是可以的。例如：
int iMonth; /*定义变量*/
iMonth = 212; /*为变量赋值*/
【例4.2】计算乘坐出租车的费用 出租车每千米路程需要3元，李女士要到10千米远的地方，后来发现走错了，之后又坐出租车返回3千米，计算她需要花多少钱才能到达目的地。代码如下：
（1）出租车费用的计算公式是“每千米路程的费用x路程”。因路线错误，需要返回3千米，因此需要定义4个变量来计算乘出租车的费用。price表示每千米路程费用，journey1表示距离目的地的路程，journey2表示因走错返回的路程，money表示乘出租车的总费用。
（2）每千米路程的费用是固定的（3元），根据公式计算总车费，并将表达式的结果保存在money变量中。
（3）最后通过输出函数，将计算结果在屏幕上显示。
运行程序，显示效果如上图所示。
4.2.2 自动类型转换
数值类型有多种，如字符型、整型、长整型、实型等，其变量、长度和符号特性都不同，取值范围也不同。3.8节中介绍了C语言中默认存在的一些自动类型转换规则，根据这些规则，不同的数值类型变量之间可以混合运算。除此之外，不同数据类型变量间相互赋值时也会进行自动类型转换。
例如，把较短的数值类型变量的值赋给较长的数值类型变量时，较短的数值类型变量其值会自动升级为较长的数值类型，数据信息不会丢失。但把较长的数值类型变量的值赋给较短的数值类型变量时，数据会降低级别显示。当数据大小超过较短的数值类型的可表示范围时，就会发生数据截断。
有些编译器遇到这种情况时会发出警告信息。例如，把一个实型变量赋值给一个整型变量时：
float i=10.1f;
int j=i;
此时编译器会发出警告，提示实型（float)转换为整型（int)时将发生数据截断，如图4.3所示。
warning c4244:'initializing' : conversion from 'float' to 'int', possible loss of data
图4.3 程序警告
误区警示：C语言中，整数的默认类型是int，浮点数的默认类型是double。如果一个表达式中数字都是int型，则表达式结果也默认为是int型。例如，计算5除以2，如果这么写：
double b=5/2;
计算后发现b的值是2.0,而不是2.5。这是因为5和2都是int型，所以表达式5/2的结果默认也是int型，即2。赋值给b后，因为b是double型，所以得到的结果是2.0. 要想得到正确的结果2.5，应该这样修改：
double b = 5.0/2; /*将其中一个数改为实型*/
4.2.3 强制类型转换
通过自动类型转换的介绍得知，如果数据类型不同，系统会根据情况自动进行类型转换，但此时编译器会提示警告信息。如果使用强制类型转换告知编译器，就不会出现警告。
强制类型转换的一般形式如下：
（类型名）（表达式）
例如，在上述不同变量类型转换时使用强制类型转换：
float i=10.1f;
int j=(int)i; /*进行强制类型转换*/
在代码中可以看到，在变量前使用包含要转换类型的括号，就对变量进行了强制类型转换。
【例4.3】计算载货区摆放箱子的数量 一辆货车运输箱子，载货区宽2米，长4米，一个箱子宽1.5米，长1.5米，计算可以运输多少个箱子。注意，箱子数必须为整数，不存在半个箱子。实现代码如下：
（1）程序中首先定义了3个整型变量，width表示载货区宽度，length表示载货区长度，num表示计算结果。然后定义了一个实型变量，f表示货物箱子的长、宽。最后用强制类型转换计算承载数。
（2）在强制类型转换代码中，用载货区的宽度除以箱子的宽度再强制转换成int类型，载货区的长度除以箱子的长度再强制转换成int类型，两者相乘，即可计算出最大能装载的箱子数量。
（3）最后通过输出函数，将计算的结果在屏幕上显示。
运行程序，显示效果如上图所示。
误区警示：如果某个表达式要进行强制类型转换，需要将该表达式用括号括起来，否则将只对表达式中的第一个变量或常量进行强制类型转换。例如：
float x=2.5f,y=4.7f; /*定义2个实型变量并赋初值*/
int z=(int)(x+y); /*将表达式x+y的结果强制转换为整型*/
int g =(int)x+y; /*将x强制转换为整型，再与实型y相加*/
编程训练：
训练3：模拟超市抹零 购物时，如果买的东西总价多出1角、2角，收银员会抹掉，只收取整钱。模拟超市抹零结账场景，输出结果如下：
实际应付313.04元
抹零之后支付313元
训练4：换季买鞋 买鞋时，如果37码鞋小，38码鞋大，则说明脚的尺寸是37.5码。因为没有37.5码的鞋码，所以我们一般买38码的鞋子。利用强制类型转换来模拟此场景，输出结果如下：
您的脚是37.5码的尺寸
您应该买38码的鞋子
4.3 算术运算符与算术表达式
C语言中，运算符分为单目运算符（使用一个操作数）和双目运算符（使用两个操作数）两种。其中，算术运算符用于实现正、负、加、减、乘、除、求余等运算。单目正和单目负运算符的优先级最高。双目运算符中，乘法、除法和取模运算符的优先级比加法和减法运算符高。
4.3.1 算术运算符
算术运算符包括两个单目运算符（正和负）和5个双目运算符（即乘法、除法、取模、加法和减法）。具体符号和对应的功能如表4.1所示。
其中，取模运算符“%”用于计算两个整数相除得到的余数，运算符的两侧均为整数，如7%4的结果是3。“—”作为减法运算符用时为双目运算符，如5-3；作负值运算符用时为单目运算符，如-5等。
说明：单目正运算符是冗余的，只是为了与单目负运算符构成一对才存在。单目正运算符不会改变任何数值，更不会将一个负值表达式改为正值。
4.3.2 算术表达式
使用算术运算符的表达式称为算术表达式，例如：
Number=(3+5)/Rate;
Height = Top-Bottom+1;
Area = Height * Width;
需要说明的是，两个整数相除的结果为整数，如7/4的结果为1，舍去的是小数部分。但是，如果其中的一个数是负数时会出现什么情况呢？此时机器会采取“向零取整”的方法，即为-1，取整后向0靠拢。
注意：参与算术运算的两个数中只要有一 个为实型，整个表达式的结果就是double型，这是因为所有实数都是按double型进行设定的。
【例4.4】使用算术表达式计算加速度 平均加速度，即速度的变化量除以这个变化所用的时间。现有一辆轿车用了8.7秒从每小时0千米加速到每小时100千米，计算并输出这辆轿车的平均加速度。
在本实例中，在表达式中使用算术运算符完成加速度计算，然后显示结果。
（1）在主函数main中定义两个整型变量，V1表示起始速度，V2表示加速度到最后的速度，并将单位km/h转换成m/s。
（2）再定义单精度类型变量t表示所用时间，双精度类型变量a表示加速度。
（3）利用公式“加速度=速度的变化量/所用的时间”计算加速度，将计算结果赋给变量a。
（4）利用printf函数将最后的计算结果显示在控制台上。
运行程序，显示效果如上图所示。
4.3.3 优先级与结合性
C语言中规定了各种运算符的优先级和结合性，首先来看一下有关算术运算符的优先级。
1.算术运算符的优先级
表达式求值时，通常会按照运算符的优先级别从高到低依次执行。算术运算符中，“" “/” “%“的优先级别高于”+”“-”。如果同时出现“”和“+”，应先运算乘法（这和数学中是一样的）。例如：R=x+y*z;上述表达式中，先进行y*z的运算，最后再加上x。使用括号将表达式改为（a+b)*c，可将“+”的运算级别提高，使其先进行运算。注意，括号在所有运算符中优先级别最高。
2.算术运算符的结合性
当算术运算符的优先级相同时，结合方向为“自左向右”。例如：
a-b+c
这里，b先与减号相结合，执行a-b的操作，然后执行加c的操作。这样的操作过程称为自左向右的结合性。
4.3.4 自增/自减运算符
C语言中还有两个特殊的运算符，即自增运算符“++”和自减运算符“—“。自增、自减运算符对变量的操作效果分别是使变量增加1和减少1。自增、自减运算符可以放在变量的前面或者后面，放在变量前面称为前缀，放在后面称为后缀。使用的一般方法如下：
--Counter; /*自减前缀符号*/
Grade-; /*自减后缀符号*/
++Age; /*自增前缀符号*/
Height++; /*自增后缀符号*/
上述代码比较简单，只有自增、自减，没有其他的表达式运算，因此，运算符是前缀还是后缀不重要，得到的结果是一样的，自减就是变量减1，自增就是变量加1。
注意：当自增、自减运算符出现在表达式内部，作为运算的一部分时，前缀和后缀对运算结果的影响是不一样的。如果运算符放在变量前，那么变量将先完成自增或自减运算，再以增减后的结果参与表达式运算；如果运算符放在变量后，那么变量将先参加表达式运算，之后再进行自增或者自减。
【例4.5】千变万化的自增、自减运算 在本 实例中定义一些变量，为变量赋相同的值，然后观察表达式中自增、自减运算符作为前缀和后缀时的不同结果。
（1）在程序代码中，定义iNumber1和iNumber2两个变量用来进行自增、自减运算。
（2）进行自增运算，分为前缀自增和后缀自增。通过程序最终的显示结果可以看到，自增变量iNumber1和iNumber2的结果同为4，但是得到表达式结果的两个变量iResultPreA和iResultLastA却不一样。iResultPreA的值为4，iResultLastA的值为3，因为前缀自增使得iResultPreA变量先进行自增操作，然后进行赋值操作；后缀自增操作是先进行赋值操作，然后进行自增操作。因此两个变量得到表达式的结果值是不一样的。
（3）在自减运算中，前缀自减和后缀自减与自增运算方式是相同的，前缀自减是先进行减1操作，然后赋值操作；而后缀自减是先进行赋值操作，再进行自减操作。
运行程序，显示效果如上图所示。
注意：自增、自减运算符是单目运算符，因此表达式和常量不可以进行自增、自减运算。例如，5++，（a+5)++都是不合法的。
编程训练：
训练5：统计得票数 利用自增运算符模拟统计综艺节目《演员的诞生》中丫头的得票数。每个导师投一票，得票数就会增加。输出的结果如下：
观众投票之后丫头得156票
导师一投给丫头之后得157票
导师二投给丫头之后得158票
导师三投给丫头之后得159票
训练6：统计剩余车位数量 一个新建小区内有70个停车位。现有一批新进住户购买车位，使用自减运算符在控制台中计算剩余的车位数。输出结果如下：
剩余停车位数：69
剩余停车位数：68
剩余停车位数：67
