运算符及表达式+基本语句和函数使用的详细讲解

news2024/11/24 15:38:28

运算符及表达式

在C语言中，运算符是用于执行特定操作的符号，而表达式则是由运算符和操作数组成的式子。

1) 运算符

运算符的目数

单目运算符：只需要一个操作数，如 !（逻辑非）、++（自增）、--（自减）、&（取地址）等。
双目运算符：需要两个操作数，如 +（加法）、-（减法）、*（乘法）、/（除法）、%（取余）等。
三目运算符（条件运算符）：需要三个操作数，如 ? :。

运算符的优先级与结合性

运算符的优先级决定了表达式中运算的顺序，而结合性则决定了当多个相同优先级的运算符出现时，如何确定运算顺序。例如，乘法（*）和除法（/）的优先级高于加法和减法，而乘法和除法从左到右结合。

赋值运算符与赋值表达式

赋值运算符：=，用于将右侧的值赋给左侧的变量。
赋值表达式：如 a = b + c;，这是一个赋值表达式，其值就是赋值操作的结果（即 b + c 的值）。

算术运算符及算术表达式

算术运算符：+、-、*、/、%。
算术表达式：由算术运算符和操作数组成的表达式，如 a + b * c。

自增（++）、自减（–）运算符及表达式

自增运算符：++，用于将变量的值加1。
自减运算符：--，用于将变量的值减1。
前置与后置：++a（先加后使用）和 a++（先使用后加）的区别。

关系运算符及关系表达式

关系运算符：>、>=、<、<=、==、!=。
关系表达式：用于比较两个操作数的大小或是否相等，结果是一个布尔值（真或假）。

逻辑运算符及逻辑表达式

逻辑运算符：!（逻辑非）、&&（逻辑与）、||（逻辑或）。
逻辑表达式：用于组合多个关系表达式，并返回一个布尔值。

逗号运算符与逗号表达式

逗号运算符：,，用于将多个表达式组合成一个表达式。
逗号表达式的操作数求值顺序：从左到右依次求值，整个逗号表达式的值是最后一个操作数的值。

2) C语言中合法的表达式，表达式的求值

合法的表达式：符合C语言语法规则的表达式都是合法的。
表达式的求值：根据运算符的优先级和结合性，以及操作数的值，计算表达式的值。

3) 表达式的数据类型，及表达式运算中操作数类型的自动转换与强制类型转换

表达式的数据类型：取决于运算符和操作数的类型。例如，a + b 的类型通常是 a 和 b 类型的公共类型（或更宽的类型）。
自动类型转换（也称为隐式类型转换）：当操作数的类型不同时，编译器会尝试将它们转换为公共类型。例如，在 int a = 3.5; 中，3.5 会被自动转换为 int 类型。
强制类型转换（也称为显式类型转换）：使用类型转换运算符 () 来强制将一个类型的值转换为另一个类型。例如，(float)a 将 a 的值转换为 float 类型。在进行强制类型转换时，可能会丢失精度或发生其他不可预见的行为，因此应谨慎使用。

基本语句和函数使用的详细讲解

1. 顺序结构语句

表达式语句：最简单的语句，用于执行赋值、函数调用等操作。
空语句：仅包含一个分号的语句，不执行任何操作。
复合语句：用花括号括起来的一组语句，可以视为一个单独的语句块。

代码案例：

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 5;       // 表达式语句
    printf("%d\n", a); // 表达式语句（函数调用）
    ;               // 空语句
    {               // 复合语句开始
        int b = 10;
        printf("b = %d\n", b);
    }               // 复合语句结束
    return 0;
}

2. 选择结构语句

if 语句：如果条件为真，则执行一段代码。
if…else 语句：如果条件为真，执行一段代码，否则执行另一段代码。
if…else…if 语句：多个条件判断，根据满足的条件执行相应的代码块。
switch 语句：根据表达式的值，选择执行多个代码块中的一个。

代码案例：

#include <stdio.h>

int main() {
    int number = 2;
    
    if (number == 1) {
        printf("Number is 1\n");
    } else if (number == 2) {
        printf("Number is 2\n");
    } else {
        printf("Number is not 1 or 2\n");
    }
    
    int day = 3;
    switch (day) {
        case 1:
            printf("Monday\n");
            break;
        case 2:
            printf("Tuesday\n");
            break;
        case 3:
            printf("Wednesday\n");
            break;
        default:
            printf("Other day\n");
    }
    
    return 0;
}

3. if嵌套

if语句内部可以嵌套另一个if语句，用于处理更复杂的条件逻辑。

代码案例：

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 5;
    int b = 10;
    
    if (a > 2) {
        if (b > 8) {
            printf("Both conditions are true\n");
        } else {
            printf("Only first condition is true\n");
        }
    } else {
        printf("None of the conditions are true\n");
    }
    
    return 0;
}

4. 循环结构语句

while 循环：当条件为真时，重复执行一段代码。
do…while 循环：至少执行一次代码块，然后检查条件，如果条件为真，则重复执行。
for 循环：一种更紧凑的循环结构，通常用于已知循环次数的情况。

代码案例：

#include <stdio.h>

int main() {
    int i = 0;
    
    // while 循环
    while (i < 5) {
        printf("%d ", i);
        i++;
    }
    printf("\n");
    
    i = 0;
    // do...while 循环
    do {
        printf("%d ", i);
        i++;
    } while (i < 5);
    printf("\n");
    
    // for 循环
    for (int j = 0; j < 5; j++) {
        printf("%d ", j);
    }
    printf("\n");
    
    return 0;
}

5. 循环嵌套（二重循环）

一个循环内部包含另一个循环，通常用于处理二维数组或进行复杂的迭代。

代码案例：

#include <stdio.h>

int main() {
    for (int i = 0; i < 3; i++) { // 外层循环
        for (int j = 0; j < 3; j++) { // 内层循环
            printf("(%d, %d) ", i, j);
        }
        printf("\n");
    }
        return 0;
}

6. 辅助控制语句

continue 语句

continue 语句用于跳过当前循环的剩余部分，直接进入下一次循环。它不会终止循环，而是重新开始下一次迭代。

break 语句

break 语句用于立即终止循环或switch语句。在循环中，break 语句会跳过当前循环的剩余部分，并继续执行循环之后的代码。

代码案例

#include <stdio.h>

int main() {
    int i;

    // 使用continue语句跳过偶数
    for (i = 0; i < 10; i++) {
        if (i % 2 == 0) {
            continue;
        }
        printf("%d ", i);
    }
    printf("\n");

    // 使用break语句在找到5时终止循环
    for (i = 0; i < 10; i++) {
        if (i == 5) {
            break;
        }
        printf("%d ", i);
    }
    printf("\n");

    return 0;
}

7. 标准函数的使用

数学函数：math.h

fabs()：计算浮点数的绝对值。
pow()：计算一个数的幂。
sqrt()：计算一个非负数的平方根。

输入输出函数：stdio.h

printf()：格式化输出函数。
scanf()：格式化输入函数。

字符串函数：string.h

strlen()：计算字符串的长度（不包括终止字符’\0’）。
strcmp()：比较两个字符串。
strcpy()：复制一个字符串到另一个字符串。
strcat()：连接两个字符串。

代码案例

#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <string.h>

int main() {
    // 数学函数使用
    double num = -5.5;
    double abs_num = fabs(num);
    double power = pow(2, 3);
    double sqrt_num = sqrt(9);
    printf("fabs(%f) = %f\n", num, abs_num);
    printf("pow(2, 3) = %f\n", power);
    printf("sqrt(9) = %f\n", sqrt_num);

    // 字符串函数使用
    char str1[50] = "Hello, ";
    char str2[] = "World!";
    char str3[100];
    strcpy(str3, str1);
    strcat(str3, str2);
    printf("Concatenated string: %s\n", str3);
    printf("Length of str2: %zu\n", strlen(str2));

    // 输入输出函数使用
    int a;
    printf("Enter an integer: ");
    scanf("%d", &a);
    printf("You entered: %d\n", a);

    return 0;
}

在使用 strlen() 函数时，返回的类型是 size_t（在C语言中是一个无符号整数类型），因此在 printf 中使用
%zu 格式化说明符来输出它。这是C99标准引入的，如果你的编译器不支持C99或更高版本，你可能需要将其转换为 unsigned int 并使用 %u。

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