C语言 -- 操作符详解
- [1. 操作符的分类](#1. 操作符的分类)
- [2. 二进制和进制转换](#2. 二进制和进制转换)
- [2.1 2进制转10进制](#2.1 2进制转10进制)
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- [2.1.1 10进制转2进制数字](#2.1.1 10进制转2进制数字)
- [2.2 2进制转8进制和16进制](#2.2 2进制转8进制和16进制)
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- [2.2.1 2进制转8进制](#2.2.1 2进制转8进制)
- [2.2.2 2进制转16进制](#2.2.2 2进制转16进制)
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- [3. 原码、反码、补码](#3. 原码、反码、补码)
- [4. 移位操作符](#4. 移位操作符)
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- [4.1 左移操作符](#4.1 左移操作符)
- [4.2 右移操作符](#4.2 右移操作符)
- [5. 位操作符：&、|、^、~](#5. 位操作符：&、|、^、~)
- [6. 单目操作符](#6. 单目操作符)
- [7. 逗号表达式](#7. 逗号表达式)
- [8. 下标访问[]、函数调用()](#8. 下标访问[]、函数调用())
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- [8.1 [ ] 下标引用操作符](#8.1 [ ] 下标引用操作符)
- [8.2 函数调用操作符 ](#8.2 函数调用操作符)
- [9. 结构成员访问操作符](#9. 结构成员访问操作符)
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- [9.1 结构体](#9.1 结构体)
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- [9.1.1 结构的声明](#9.1.1 结构的声明)
- [9.1.2 结构体变量的定义和初始化](#9.1.2 结构体变量的定义和初始化)
- [9.2 结构成员访问操作符](#9.2 结构成员访问操作符)
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- [9.2.1 结构体成员的直接访问](#9.2.1 结构体成员的直接访问)
- [9.2.2 结构体成员的间接访问](#9.2.2 结构体成员的间接访问)
- [10. 操作符的属性：优先级、结合性](#10. 操作符的属性：优先级、结合性)
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- [10.1 优先级](#10.1 优先级)
- [10.2 结合性](#10.2 结合性)
- [11. 表达式求值](#11. 表达式求值)
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- [11.1 整型提升](#11.1 整型提升)
- [11.2 算术转换](#11.2 算术转换)
- [11.3 问题表达式解析](#11.3 问题表达式解析)
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- [11.3.1 表达式1](#11.3.1 表达式1)
- [11.3.2 表达式2](#11.3.2 表达式2)
- [11.3.3 表达式3](#11.3.3 表达式3)
- [11.3.4 表达式4](#11.3.4 表达式4)
1. 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，我们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。
2. 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：
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。
2.1 2进制转10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的零次方 , 10的一次方 , 10的二次方 ...
如下图：
2进制和10进制是类似的，如果是2进制的1101，该怎么理解呢？
如下图：
2.1.1 10进制转2进制数字
2.2 2进制转8进制和16进制
我们需要先了解一下：
2.2.1 2进制转8进制
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。
下面是一个八进制的数字就%d打印出来：
2.2.2 2进制转16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。
3. 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。
反码得到原码也是可以使用：取反，+1的操作。
例子1：
例子2：
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？
下面举个例子：
注意：
4. 移位操作符
4.1 左移操作符
移位规则：左边抛弃、右边补0
例子如下：
图示：
4.2 右移操作符
移位规则：首先右移运算分两种：
例子如下：
以%d形式打印的是原码
图示：逻辑右移演示
算数右移演示：
注：右移到底是算数右移还是逻辑右移取决于编译器的实现，大部分的编译器上是算数右移，在VS2022上采用的算数右移。
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：
5. 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,操作的都是二进制位。
按位与计算规则：
对应的二进制位进行与运算，只要有0就是0，两个同时为1才是1
例子：
按位或计算规则
对应的二进制位进行或运算，只要有1就是1，两个同时为0才是0
例子：
按位异或计算规则
对应的二进制位进行异或运算，相同为0，相异为1
例子:
按位取反 ~
例子：
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。
异或操作符的特点：
a^a = 0
0^a = 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。
方法一：
方法二：
方法三：
首先的先明白一个知识：
// n = n & (n - 1)
效果：把n的二进制中最右边的1去掉了
//n=15
//1111 - n
//1110 - n-1
//1110 - n
//1101 - n-1
//1100 - n
//1011 - n-1
//1000 - n
//0111 - n-1
//0000 - n
代码例子：
练习2：判断一个数n是否是2的次方数
特点：
//000001
//000010
//000100
//001000
//...
代码：
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
6. 单目操作符
7. 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。
例子：
8. 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。
例子：
注意：sizeof是操作符，不是函数
9. 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。
9.1.1 结构的声明
声明结构体类型的时候，再创建一个变量
struct tag
{
member-list; //成员列表，一个或多个成员
}variable-list;
- struct 是结构体类型的关键字
- tag 结构体名称/标签
- struct tag 是用户定义的结构体类型
- member-list 结构体成员名
- variable-list 是定义的结构体类型变量
描述一个学生
9.1.2 结构体变量的定义和初始化
1.变量的定义
2.结构体对象初始化
3.结构体嵌套结构体
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
如下所示：
例子1：
例子2：
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
如下所示：
10. 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。
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。
相邻操作符，优先级高的先执行，优先级低的后执行。
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 。
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（ = ）。
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。
下面是运算符图：
参考：运算符优先级图
11. 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（int），这种转换称为整型提升。
上面c1,c2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c3中。
整型提升的意义：
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？
例子：
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。
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。
11.3 问题表达式解析
11.3.1 表达式1
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：
或者
11.3.2 表达式2
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。
11.3.3 表达式3
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
11.3.4 表达式4
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。
完.