【C语言】10.操作符详解

一、操作符分类

• 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： . 、->

在讲解操作符之前我们补充一下进制的内容:

二、二进制与进制转化

常见的进制有二进制，八进制，十进制，十六进制。这些进制不过是数字的不同表示形式而已。

• 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

2.1 二进制转十进制

例如：二进制 1101 转化为十进制：
在这里插入图片描述

2.2 十进制转二进制

例如：十进制 125 转化为二进制。
在这里插入图片描述

2.3二进制转八进制和十六进制

三个二进制数字就可以表示一个八进制数字，四个二进制数字就可以表示一个十六进制数字。反过来就可以完成八进制/十六进制对二进制的转换。
在这里插入图片描述

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式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，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
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
左移操作符演示

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

逻辑右移演示
算数右移演示
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。

五、位操作符

对于位操作符的操作数必须是整数

& //按位与 		全1为1，不同为0
| //按位或 		有1为1，全0为0
^ //按位异或 	相同为0，不同为1
~ //按位取反 	1 0互变

例题：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 = a^b;
	 b = a^b;
	 a = a^b;
	 printf("a = %d b = %d\n", a, b);
	 return 0;
}
本题我们知道当与0异或是仍然是本身，与自己异或为0。

例题：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。

//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;
}

//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) == 1 )
			count++; 
	}
	printf("⼆进制中1的个数 = %d\n",count);
	return 0;
}

//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;
}

六、单目操作符

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

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。

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

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。

结构体声明:

struct tag
{
	member-list;
}variable-list;

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。
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。
使用方式：结构体指针->成员名
更多的知识会在后面的章节中具体讲解……

十、操作符的属性：优先级、结合性

10.1 优先级

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。

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（ = ）。
在这里插入图片描述

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。

那么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

#include<stdio.h>
int main()
{
	char a = 125;
	//a 在char类型中的存储：1111 1101
	char b = 10;
	//b 在char类型中的存储：0000 1010
	char c = a + b;
	//a:	0000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1101
	//b:	0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010
	//a+b:	0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0111
	//截断放入c中：				C= 		  1000 0111
	printf("%d",c);
	//以整数形式打印，需要将c进行整型提升
	//c的补码1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0111
	//c的原码0000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1001
	//此时c的值就是 121
	return 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。

1.long double
2.double
3.float
4.unsigned long int
5.long int
6.unsigned int
7.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。