C语言——操作符保姆级教学(含整形提升及算数转换)

操作符

  • 一.操作符的分类
  • 二.原码、反码、补码
  • 三.移位操作符
    • 1.左移操作符:<<
    • 2.右移操作符:>>
  • 四.位操作符
    • 1.按位与—— &
    • 2.按位或—— |
    • 3.按位异或—— ^
    • 4.按位取反—— ~
  • 五.逗号表达式
  • 六.条件操作符
  • 七.操作符的属性:优先级、结合性
    • 1.优先级
    • 2.结合性
  • 八.表达式求值
    • 1.整形提升
    • 2.算数转换

一.操作符的分类

操作符名称操作符符号
算术操作符+,-,*,/,%
移位操作符<<,>>
位操作符&,I,^
赋值操作符=,+=,-= ,*=,/=,%=,<<=,>>=,&=,
单⽬操作符!、++、–、&、*、+、-、~ 、sizeof、(类型) 强制类型转换
关系操作符>,>=,<,<=,==,!=
逻辑操作符&&,II
条件操作符? :
逗号表达式
下标引用操作符[]
函数调用操作符()

二.原码、反码、补码

  • 整数的二进制有三种表示方法——原码,反码,补码

  • 有符号的整形的三种表示方法由符号位和数值位组成,二进制序列中,最高位表示符号位,符号位值分为两种:0表示正数,1表示负数。其余的都是数值位。

  • 无符号的整形的三种表示方法仅有数值位组成,二进制序列中,都是数值位。

  • 正整数:原码,反码,补码都相同

  • 负整数:原码,反码,补码都不相同
    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。

  • 补码得到原码可以由:-1,取反 或 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

为什么计算机存放的是补码呢?
  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。

例如:计算1-2(本质上:1+(-2),利用补码与补码相加,最后以原码所对应的10进制打印在屏幕上
在这里插入图片描述

三.移位操作符

1.左移操作符:<<

  • 移位规则:左边抛弃、右边补0
  • 左移n位,有乘2的n次方的效果
#include <stdio.h>
int main()
{int num = 10;int n = num<<1;printf("n= %d\n", n);//n=20printf("num= %d\n", num);//num=10,num是不会改变的return 0;
}

在这里插入图片描述

2.右移操作符:>>

移位规则: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
  • 右移n位,有除2的n次方的效果
#include <stdio.h>
int main()
{int num = -2;int n = num >> 1;printf("n= %d\n", n);//n=-1printf("num= %d\n", num);//num-2return 0;
}

在这里插入图片描述

注意:

  • 大部分都是算数右移(例如VS):左边用原该值的符号位填充,右边丢弃
  • 对于移位运算符,不要移动负数位,这个是标准未定义的。
  • 进行移位操作时,移动的是补码的二进制形式,最后以原码所对应的十进制打印在屏幕上
  • 移位操作符的操作数只能是整数

四.位操作符

1.按位与—— &

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

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

  • 总结按位与:对应的二进制位,只要有0则为0,两个同时为1,才为1

2.按位或—— |

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

在这里插入图片描述

  • 总结按位或:对应的二进制位,只要有1则为1,两个同时为0,才为0

3.按位异或—— ^

#include <stdio.h>
int main()
{int num1 = -3;int num2 = 5;printf("%d\n", num1 ^ num2);//-8return 0;
}

在这里插入图片描述

  • 总结按位异或:对应的二进制位,相同为0,相异为1

4.按位取反—— ~

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

在这里插入图片描述

  • 总结按位取反:按二进制位取反,0变1,1变0

位操作符都是作用于:补码的二进制位,且操作数必须是整数

五.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。
#include<stdio.h>
int main()
{int a = 1;int b = 2;int c = (a>b, a=b+10, a, b=a+1);//a=b+10 —— a=12//b=a+1  —— b=13//最终c=13return 0;
}

六.条件操作符

表达式1?表达式2:表达式3

  • 若表达式1成立,则返回表达式2的结果,否则返回表达式3的结果。

例如:

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 3;int b = 5;int ret = a > b ? a : b;//返回的是二者的最大值printf("ret=%d", ret);//ret=5return 0;
}

七.操作符的属性:优先级、结合性

1.优先级

 优先级: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。

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( = )。

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( = )

优先级、结合性表

八.表达式求值

1.整形提升

  • C语⾔中整型算术运算总是至少以缺省(默认)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。
//实例:伪代码char a,b,c;a = b + c;//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。

例如:

#include <stdio.h>
int main()
{char a = -1;//-1默认为整形char b = 1;char c = a + b;printf("%d\n", c);//0return 0;
}

在这里插入图片描述

2.算数转换

  • 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。
    在这里插入图片描述

例如:

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 0;unsigned int b = -1;printf("%u\n", a + b);//4294967295return 0;
}

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

对于取地址&,解引用 *,以及结构体成员访问 . 。这三个操作符日后更新。

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