[C语言]——操作符详解

一.操作符的分类

二.二进制和进制转换

1.二进制转十进制

2.二进制转八进制和十六进制

2.1二进制转八进制

2.2二进制转十六进制

三.原码、反码、补码

四.移位操作符

1.左移操作符

2.右移操作符

五.位操作符：&、|、^、~

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。

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

七.逗号表达式

八.下标访问[ ]、函数调用( )

1.[ ] 下标引用操作符

2.函数调用操作符

九.结构成员访问操作符

1.结构体

1.1结构的声明

1.2结构体变量的定义和初始化

2.结构成员访问操作符

2.1结构体成员的直接访问

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

1.优先级

2.结合性

十一.表达式求值

1.整型提升

2.算术转换

3.问题表达式解析

3.1表达式1

3.2表达式2

3.3表达式3

3.4表达式4

3.5表达式5

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，在之前的博客中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。

操作符是应用于 表达式中：3+4 3*4

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 就是⼆进制的数字了。

1.二进制转十进制

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 $10^{0}$ , $10^{1}$ , $10^{2}$ ...

如下图：

1.1十进制转二进制数字

2.二进制转八进制和十六进制

2.1二进制转八进制

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 。

2.2二进制转十六进制

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。
补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。 因为：

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，其运算过程是相同的，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。

1.左移操作符

移位规则： 左边抛弃、右边补0

#include <stdio.h>
int main()
{
  int num = 10;
  int n = num<<1;
  printf("n= %d\n", n);
  printf("num= %d\n", num);
  return 0;
}

2.右移操作符

移位规则：⾸先右移运算分两种：

逻辑右移：左边⽤0填充，右边丢弃
算术右移：左边⽤原该值的符号位填充，右边丢弃
到底哪种右移取决于编译器的实现，大部分的编译器上是算术右移

#include <stdio.h>
int main()
{
  int num = 10;
  int n = num>>1;
  printf("n= %d\n", n);
  printf("num= %d\n", num);
  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

五.位操作符：&、|、^、~

位操作符有：

& //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。

#include <stdio.h>
int main()
{
  int num1 = 3;
  int num2 = -5;
  printf("%d\n", num1 & num2);//3
  printf("%d\n", num1 | num2);//-5
  printf("%d\n", num1 ^ num2);
  printf("%d\n", ~0);//-1
  return 0;
}

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。

#include <stdio.h>
int main()
{
  int a = 10;
  int b = 20;a^b
  b = a^b; //a^b^b->b=a
  a = a^b; //a^b^a->a=b
  printf("a = %d b = %d\n", a, b);
  return 0;
}

//异或操作符的特点：a^a=0  a^0=a

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。

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) //某二进制为1
     count++;
   num = num/2; //去掉一个0
 }
 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);//把二进制中最右边的1去掉了
 }
 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。

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

13的2进制序列： 00000000000000000000000000001101
将第5位置为1后：00000000000000000000000000011101
将第5位再置为0：00000000000000000000000000001101

参考代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
 int a = 13;
 a = a | (1<<4);
 printf("a = %d\n", a);
 a = a & ~(1<<4);
 printf("a = %d\n", a);
 return 0;
}

六.单目操作符

单⽬操作符有这些：

！、++、--、&、*、+、-、~ 、sizeof、(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，我们放在学习指针的时候学习。

七.逗号表达式

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。

//代码1
int a = 1;
int b = 2;
int c = (a>b, a=b+10, a, b=a+1);//逗号表达式
c是多少？ //13

//代码2
if (a =b + 1, c=a / 2, d > 0)


//代码3
a = get_val();
count_val(a);
while (a > 0)
{
  //业务处理
  a = get_val();
  count_val(a);
}
如果使⽤逗号表达式，改写：
while (a = get_val(), count_val(a), a>0)
{
 //业务处理
}

八.下标访问[ ]、函数调用( )

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(); //这⾥的()就是作为函数调⽤操作符。sizeof是操作符，不是函数
  test2("hello bit.");//这⾥的()就是函数调⽤操作符。
  return 0;
}

九.结构成员访问操作符

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。

1.1结构的声明

struct tag
{
 member-list; //成员列表，可以有1个或者多个成员
}variable-list;

描述⼀个学生：

struct Stu
{
 char name[20];//名字
 int age;//年龄
 char sex[5];//性别
 char id[20];//学号
}; //分号不能丢

1.2结构体变量的定义和初始化

//代码1：变量的定义
struct Point
{
   int x;
   int y;
}p1; //声明类型的同时定义变量p1
struct Point p2; //定义结构体变量p2

//代码2:初始化。
struct Point p3 = {10, 20};
struct Stu //类型声明
{
   char name[15];//名字
   int age; //年龄
};
struct Stu s1 = {"zhangsan", 20};//初始化
struct Stu s2 = {.age=20, .name="lisi"};//指定顺序初始化，否则只能默认顺序

//代码3
struct Node
{
  int data;
  struct Point p;
  struct Node* next; 
}n1 = {10, {4,5}, NULL}; //结构体嵌套初始化
struct Node n2 = {20, {5, 6}, NULL};//结构体嵌套初始化

2.结构成员访问操作符

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：

#include <stdio.h>
struct Point
{
   int x;
   int y;
}p = {1,2};
int main()
{
   printf("x: %d y: %d\n", p.x, p.y);
   return 0;
}

使用方式： 结构体变量.成员名

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：

#include <stdio.h>
struct Point
{
   int x;
   int y;
};
int main()
{
   struct Point p = {3, 4};
   struct Point *ptr = &p; //取出p的地址
   ptr->x = 10;
   ptr->y = 20;
   printf("x = %d y = %d\n", ptr->x, ptr->y);
   return 0;
}

使用方式： 结构体指针->成员名

综合举例：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct Stu
{
  char name[15];//名字
  int age; //年龄
};

void print_stu(struct Stu s)
{
  printf("%s %d\n", s.name, s.age);
}

void set_stu(struct Stu* ps)
{
  strcpy(ps->name, "李四");
  ps->age = 28;
}

int main()
{
  struct Stu s = { "张三", 20 };
  print_stu(s);
  set_stu(&s);
  print_stu(s);
  return 0;
}

更多关于结构体的知识，在《⾃定义类型：结构体》中。

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。

1.优先级

相邻操作符，优先级高的先执行，优先级低的后执行

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 。

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。

赋值操作符优先级很低

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

十一.表达式求值

1.整型提升

C语言中整型算术运算总是⾄少以 缺省整型（默认） 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。

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)的操作数的字节⻓度⼀般就是int的字节⻓度，同时也是CPU的通⽤寄存器的⻓度。
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⻓度。
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，表达式中各种⻓度可能⼩于int⻓度的整型值，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;//char是占用一个字节的，一个字节的8位bit位
...
a = b + c;
//char类型的取值范围是-128~127

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？

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
无符号整数提升，高位补0

//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
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
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

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。

3.问题表达式解析

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

或者：

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

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。最好拆成两个代码去写。

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

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。

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。

gcc编译器执行结果：