C语言中的操作符：了解与实践
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1. 操作符的分类
操作符又叫运算符，它在C语言中起着非常大的作用，以下是对操作符的分类：
- 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: . 、->
2. 算术操作符
2.1 用法
算术操作符顾名思义就是参与运算的操作符
下表显示了 C 语言支持的所有算术操作符。假设变量 A 的值为 1，变量 B 的值为 2，则：
| 运算符 | 描述 | 实例 |
|---|---|---|
| + | 把两个操作数相加 | A + B 将得到 3 |
| - | 从第一个操作数中减去第二个操作数 | A - B 将得到 -1 |
| * | 把两个操作数相乘 | A * B 将得到 2 |
| / | 分子除以分母 | A / B 将得到 0 |
| % | 取模运算符，整除后的余数 | A%B将得到 1 |
2.2 代码实现
#include<stdio.h>
int main()
{
int a = 1;
int b = 2;
int c;
c = a + b;
printf("a+b=%d\n", c);
c = a - b;
printf("a-b=%d\n", c);
c = a * b;
printf("a*b=%d\n", c);
c = a / b;
printf("a/b=%d\n", c);
c = a % b;
printf("a%%b=%d\n", c);
return 0;
输出结果：
a+b=3
a-b=-1
a*b=2
a/b=0
a%b=1
3. 移位操作符
3.1 用法
移位操作符改变的是二进制序列，所以操作对象是整数，且移动位数不能为负数
下表显示了 C 语言支持的移位操作符。假设变量 A 的值为 1：
| 运算符 | 描述 | 实例 |
|---|---|---|
| << | 将操作数的所有位向左移动指定的位数。运算规则：左边的二进制位丢弃，右边补0。 | A<<1=2 |
| >> | 将操作数的所有位向右移动指定的位数。运算规则分两种：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 | A>>1=0 |
3.2 图像演示
- 左移操作符
- 右移操作符
3.3 代码实现
int main()
{
int a = 1;
printf("左移之后值为%d\n", a << 1);
int b = -1;
printf("右移之后值为%d\n",b>> 1);
return 0;
}
输出结果：
左移之后值为2
右移之后值为-1
- 右移之后为-1，说明在VS2022的环境下，右移操作符是算术右移
4. 位操作符
4.1 用法
位操作符与移位操作符一样作用对象是二进制序列，所以操作数自然只能为整数
下表显示了 C 语言支持的位操作符。假设变量 A 的值为 1，变量 B 的值为 2，则：
| 运算符 | 描述 | 实例 |
|---|---|---|
| & | 对两个操作数的每个二进制位执行逻辑与操作，如果两个相应的位都为 1，则结果为 1，否则为 0。 | (A & B) 将得到 0 |
| | | 对两个操作数的每个二进制位执行逻辑或操作，如果两个相应的位都为 0，则结果为 0，否则为 1。 | (A | B) 将得到 3 |
| ^ | 对两个操作数的每个二进制位执行逻辑异或操作，如果两个相应的位值相同，则结果为 0，否则为 1。 | (A ^ B) 将得到 3 |
| ~ | 对操作数的每个二进制位执行逻辑取反操作，即将每一位的 0 变为 1，1 变为 0。 | (~A ) 将得到 -2 |
4.2 代码实现
int main()
{
int a = 1;
int b = 2;
int c;
c = a & b;
printf("a&b=%d\n", c);
c = a | b;
printf("a|b=%d\n", c);
c = a ^ b;
printf("a^b=%d\n", c);
c = ~a;
printf("~a=%d\n", c);
return 0;
}
输出结果：
a&b=0
a|b=3
a^b=3
~a=-2
4.3 具体分析
- a的原码，反码，补码：00000000000000000000000000000001
- b的原码，反码，补码：00000000000000000000000000000010
- a&b:00000000000000000000000000000000——>0
- a|b:00000000000000000000000000000011——>3
- a^b:00000000000000000000000000000011——>3
- ~a的原码:11111111111111111111111111111110
- ~a的反码:11111111111111111111111111111101
- ~a的补码：10000000000000000000000000000010——>-2
4.4 有趣的例题
题目： 不能创建临时变量（第三个变量），实现两个数的交换。
代码实现：
#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;
}
分析：要想解决这个问题就要使用我们刚学的异或操作符，并且我们得知道一个数异或本身是0，因为所有二进制位都相同。并且0异或任何数都等于该数，因为所有二进制位都不同。而且异或是遵循交换率与结合率的。
- 因为a=ab，所以b=ab=abb=a^0=a
- a=ab=aba=b0=b，成功实现两个数的交换
5. 赋值操作符
5.1 用法
赋值操作符顾名思义，就是对变量进行赋值
下表列出了 C 语言支持的赋值操作符：
| 运算符 | 描述 | 实例 |
|---|---|---|
| = | 简单的赋值运算符，把右边操作数的值赋给左边操作数 | C = A + B 将把 A + B 的值赋给 C |
| += | 加且赋值运算符，把右边操作数加上左边操作数的结果赋值给左边操作数 | C += A 相当于 C = C + A |
| -= | 减且赋值运算符，把左边操作数减去右边操作数的结果赋值给左边操作数 | C -= A 相当于 C = C - A |
| *= | 乘且赋值运算符，把右边操作数乘以左边操作数的结果赋值给左边操作数 | C *= A 相当于 C = C * A |
| /= | 除且赋值运算符，把左边操作数除以右边操作数的结果赋值给左边操作数 | C /= A 相当于 C = C / A |
| %= | 求模且赋值运算符，求两个操作数的模赋值给左边操作数 | C %= A 相当于 C = C % A |
| <<= | 左移且赋值运算符 | C <<= 2 等同于 C = C << 2 |
| >>= | 右移且赋值运算符 | C >>= 2 等同于 C = C >> 2 |
| &= | 按位与且赋值运算符 | C &= 2 等同于 C = C & 2 |
| ^= | 按位异或且赋值运算符 | C ^= 2 等同于 C = C ^ 2 |
| |= | 按位或且赋值运算符 | C |= 2 等同于 C = C | 2 |
5.2 代码实现
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 10;
int c;
c = a;
printf(" = 运算符实例:c 的值 = %d\n", c);
c += a;
printf("+= 运算符实例:c 的值 = %d\n", c);
c -= a;
printf("-= 运算符实例:c 的值 = %d\n", c);
c *= a;
printf("*= 运算符实例:c 的值 = %d\n", c);
c /= a;
printf("/= 运算符实例:c 的值 = %d\n", c);
c = 200;
c %= a;
printf("%%= 运算符实例:c 的值 = %d\n", c);
c <<= 2;
printf("<<= 运算符实例:c 的值 = %d\n", c);
c >>= 2;
printf(">>= 运算符实例:c 的值 = %d\n", c);
c &= 2;
printf("&= 运算符实例:c 的值 = %d\n", c);
c ^= 2;
printf("^= 运算符实例:c 的值 = %d\n", c);
c |= 2;
printf("|= 运算符实例:c 的值 = %d\n", c);
return 0;
}
输出结果：
= 运算符实例:c 的值 = 10
+= 运算符实例:c 的值 = 20
-= 运算符实例:c 的值 = 10
*= 运算符实例:c 的值 = 100
/= 运算符实例:c 的值 = 10
%= 运算符实例:c 的值 = 0
<<= 运算符实例:c 的值 = 0
>>= 运算符实例:c 的值 = 0
&= 运算符实例:c 的值 = 0
^= 运算符实例:c 的值 = 2
|= 运算符实例:c 的值 = 2
6. 单目操作符
6.1 用法
单目操作符简单来说就是，操作的对象只有一个
下表列出了 C 语言支持的单目操作符：
| 运算符 | 描述 | 实例 |
|---|---|---|
| sizeof() | 返回变量的大小。 | sizeof(a) 将返回a变量的大小 |
| & | 返回变量的地址。 | &a， 将给出变量的实际地址。 |
| * | 指向一个变量。 | *a，将指向一个变量。 |
| ++ | 自增运算符，整数值增加 1 | a++等价于a=a+1 |
| -- | 自减运算符，整数值减少 1 | a--等价于a=a-1 |
| ! | 称为逻辑非运算符。用来逆转操作数的逻辑状态。如果条件为真，则逻辑非运算符将使其为假。 | 假设a为真，!a为假 |
| (类型) | 将一种类型强制转换为另一种类型 | 假设a为int型，(float)a将a转换为float型 |
6.2 代码实现
int main()
{
int a = 1;
printf("a的大小为%d\n", sizeof(a));
int* p = &a;
printf("a的地址为%p\n",p );
int b = *p;
printf("b的值为%d\n", b);
a++;
printf("a的值为%d\n",a);
a--;
printf("a的值为%d\n", a);
printf("a的值为%d\n", !a);//0为假
float c = (float)a;
return 0;
}
输出结果：
a的大小为4
a的地址为010FFC08
b的值为1
a的值为2
a的值为1
a的值为0
6.3 前置与后置++，--的区别
首先我们先来看一段代码
int main()
{
int a = 1;
int b = a++;//后置++
printf("a=%d b=%d\n", a, b);
int c = ++a;//前置++
printf("a=%d c=%d\n", a, c);
int m = a--;//后置
printf("a=%d m=%d\n", a, m);
int n = --a;//前置--
printf("a=%d n=%d\n", a, n);
return 0;
}
输出结果：
a=2 b=1
a=3 c=3
a=2 m=3
a=1 n=1
通过上述代码，我们可以总结以下结论：
- 前置++，--先执行++或--，然后对等式左边进行赋值
- 后置++，--恰好相反，先对等式左边进行赋值，然后再++或--
6.4 易错题
题目：下例代码输出结果为？
int main()
{
int a = 12;
int b = 1;
int c = a - (b--);//1
int d = (++a) - (--b);//2
printf("c=%d d=%d\n", c, d);
return 0;
}
输出结果：
c=11 d=14
代码分析：
执行语句1时，因为b后置--，所以b先使用，后--，然后进行a-b运算，结果是 11，随后b 再自减，就变成了 0；最后再将a-b的结果（也就是11）交给 c，所以 c 的值是 11。
执行语句2之前，b 的值已经变成 0。对于d=(++a)-(--b)，a 会先自增，变成 13，然后 b 再自减，变成 -1，最后再计算13-(-1)，结果是 14，交给 d，所以 d 最终是 14。
7. 关系操作符
7.1 用法
关系操作符就是进行关系之间的比较
下表显示了 C 语言支持的所有关系运算符。假设变量 A 的值为 1，变量 B 的值为 2，则：
| 运算符 | 描述 | 实例 |
|---|---|---|
| == | 检查两个操作数的值是否相等，如果相等则条件为真。 | (A == B) 为假。 |
| != | 检查两个操作数的值是否相等，如果不相等则条件为真。 | (A != B) 为真。 |
| > | 检查左操作数的值是否大于右操作数的值，如果是则条件为真。 | (A > B) 为假。 |
| < | 检查左操作数的值是否小于右操作数的值，如果是则条件为真。 | (A < B) 为真。 |
| >= | 检查左操作数的值是否大于或等于右操作数的值，如果是则条件为真。 | (A >= B) 为假。 |
| <= | 检查左操作数的值是否小于或等于右操作数的值，如果是则条件为真。 | (A <= B) 为真。 |
7.2 代码实现
int main()
{
int a = 1;
int b = 2;
if (a == b)
{
printf(" a 等于 b\n");
}
else
{
printf(" 不等于 b\n");
}
if (a < b)
{
printf(" a 小于 b\n");
}
else
{
printf(" a 不小于 b\n");
}
if (a > b)
{
printf(" a 大于 b\n");
}
else
{
printf(" a 不大于 b\n");
}
if (a <= b)
{
printf(" a 小于或等于 b\n");
}
if (b >= a)
{
printf(" b 大于或等于 a\n");
}
}
输出结果：
不等于 b
a 小于 b
a 不大于 b
a 小于或等于 b
b 大于或等于 a
8. 逻辑操作符
8.1 用法
下表显示了 C 语言支持的所有关系逻辑运算符。假设变量 A 的值为 1，变量 B 的值为 0，则：
| 运算符 | 描述 | 实例 |
|---|---|---|
| && | 称为逻辑与运算符。如果两个操作数都非零，则条件为真。 | (A && B) 为假。 |
| || | 称为逻辑或运算符。如果两个操作数中有任意一个数非零，则条件为真。 | (A || B) 为真。 |
8.2 代码实现
int main()
{
int a = 1;
int b = 0;
if (a && b)
{
printf("a&&b条件为真\n");
}
else
{
printf("a&&b条件为假\n");
}
if (a || b)
{
printf("a||b条件为真\n");
}
else
{
printf("a||b条件为假\n");
}
}
输出结果：
a&&b条件为假
a||b条件为真
8.3 补充讲解
- 下列代码会输出什么
#include <stdio.h>
int main()
{
int i = 0, a = 0, b = 2, c = 3, d = 4;
i = a++ && ++b && d++;
printf("a=%d\nb=%d\nc=%d\nd=%d\n", a, b, c, d);
return 0;
}
输出结果：
a=1
b=2
c=3
d=4
代码分析
为什么会出现这个结果呢？这是因为逻辑与(&&)一遇见假(0)等式就为假，不会在往后运算
所以a先使用为0，等式为假，然后再++，a为1，其他变量不会改变
- 同样的道理，下列代码输出什么
#include <stdio.h>
int main()
{
int i = 0, a = 0, b = 2, c = 3, d = 4;
i=a++||++b||d++;
printf("a=%d\nb=%d\nc=%d\nd=%d\n", a, b, c, d);
return 0;
}
输出结果：
a=1
b=3
c=3
d=4
代码分析：
与逻辑与同样的道理，逻辑或(||)是一遇见真，整个表达式就为真，后面就不会执行
a先使用为0，++变为1，b先++变为3，在使用为真，后面表达式不执行
9. 条件操作符与逗号表达式
9.1 条件操作符
条件操作符又称为三目操作符，它的语法规则为：
如果条件为真 ? 则值为 X : 否则值为 Y
代码示例：
int main()
{
int a = 1;
int b = 1;
int c = a == b ? 20 : 10;
//含义：如果a=b为真，就将20赋给c，反之把10赋给c
return 0;
}
9.2 逗号表达式
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。
exp1, exp2, exp3, …expN
代码示例：
int main()
{
int a = 1;
int b = 2;
int c = (a > b, a = b + 10, a, b = a + 1);
printf("c=%d",c);
return 0;
}
输出结果：
c=13
代码分析：
逗号表达式从左往右依次计算，a>b为假，a=b+10=12，a为12，b=a+1=13，再将13赋值给c
10. 下标引用和函数调用操作符
10.1 下标引用
下标引用一般是与数组有关，它一般有两个作用
int arr[10];//创建数组
arr[1]=10;//对数组赋值
10.2 函数调用
函数调用肯定是与函数相关，因为大家在前面学过函数，所以就简单举个例子
代码示例：
int Add(int x, int y)
{
return x + y;
}
int main()
{
int a = 1;
int b = 2;
int ret = Add(a, b);
return 0;
}
11. 结构体成员访问操作符
我们知道结构结构体访问一般有两种方式，直接访问(.)与间接访问(->)
11.1 用法
下表显示了 C 语言支持的结构体成员访问操作符。假设已定义结构体struct stu s则：
| 运算符 | 描述 | 实例 |
|---|---|---|
| 直接访问(.) | 通过结构体变量直接访问其中成员 | s.age=10 |
| 间接访问(->) | 通过结构体变量地址间接访问其中成员 | &s->age=11 |
11.2 代码实现
struct stu
{
int age;
char name[14];
};
int main()
{
struct stu s;
s.age = 10;
(&s)->age = 11;
return 0;
}
12. 操作符的优先级与结合性
12.1 介绍
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。
结合性指的是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（ = ）。
下面是各种操作符的优先级与结合性
12.2 弊端
优先级和结合性其实是有弊端的，因为这两者都不能解决所有问题，比如说下面这段代码输出什么
#include <stdio.h>
int main()
{
int i = 1;
int ret = (++i) + (++i) + (++i);
printf("%d\n", ret);
printf("%d\n", i);
return 0;
}
这其实是道错题，因为在不同编译器下结果是不同的。
VS 2022环境下：
gcc环境下：
- 而且不得不吐槽一句，在公司里写代码哪个程序员会这样赋值写代码呀~
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