Lion's Blog

外观

运算符 ​

C 语言的运算符非常多，一共有 50 多种，可以分成若干类。

1.算术运算符 ​

算术运算符专门用于算术运算，主要有下面几种。

  • +：正值运算符（一元运算符）
  • -：负值运算符（一元运算符）
  • +：加法运算符（二元运算符）
  • -：减法运算符（二元运算符）
  • *：乘法运算符
  • /：除法运算符
  • %：余值运算符

（1）+，-

+和-既可以作为一元运算符，也可以作为二元运算符。所谓“一元运算符”，指的是只需要一个运算数就可以执行。一元运算符-用来改变一个值的正负号。

c
int x = -12;

上面示例中，-将12这个值变成-12。

一元运算符+对正负值没有影响，是一个完全可以省略的运算符，但是写了也不会报错。

c
int x = -12;
int y = +x;

上面示例中，变量y的值还是-12，因为+不会改变正负值。

二元运算符+和-用来完成加法和减法。

c
int x = 4 + 22;
int y = 61 - 23;

（2）*

运算符*用来完成乘法。

c
int num = 5;
printf("%i\n", num * num); // 输出 25

（3）/

运算符/用来完成除法。注意，两个整数相除，得到还是一个整数。

c
float x = 6 / 4;
printf("%f\n", x); // 输出 1.000000

上面示例中，尽管变量x的类型是float（浮点数），但是6 / 4得到的结果是1.0，而不是1.5。原因就在于 C 语言里面的整数除法是整除，只会返回整数部分，丢弃小数部分。

如果希望得到浮点数的结果，两个运算数必须至少有一个浮点数，这时 C 语言就会进行浮点数除法。

c
float x = 6.0 / 4; // 或者写成 6 / 4.0
printf("%f\n", x); // 输出 1.500000

上面示例中，6.0 / 4表示进行浮点数除法，得到的结果就是1.5。

下面是另一个例子。

c
int score = 5;
score = (score / 20) * 100;

上面的代码，你可能觉得经过运算，score会等于25，但是实际上score等于0。这是因为score / 20是整除，会得到一个整数值0，所以乘以100后得到的也是0。

为了得到预想的结果，可以将除数20改成20.0，让整除变成浮点数除法。

c
score = (score / 20.0) * 100;

（4）%

运算符%表示求模运算，即返回两个整数相除的余值。这个运算符只能用于整数，不能用于浮点数。

c
int x = 6 % 4; // 2

负数求模的规则是，结果的正负号由第一个运算数的正负号决定。

c
11 % -5 // 1
-11 % -5 // -1
-11 % 5 // -1

上面示例中，第一个运算数的正负号（11或-11）决定了结果的正负号。

（5）赋值运算的简写形式

如果变量对自身的值进行算术运算，C 语言提供了简写形式，允许将赋值运算符和算术运算符结合成一个运算符。

  • +=
  • -=
  • *=
  • /=
  • %=

下面是一些例子。

c
i += 3;  // 等同于 i = i + 3
i -= 8;  // 等同于 i = i - 8
i *= 9;  // 等同于 i = i * 9
i /= 2;  // 等同于 i = i / 2
i %= 5;  // 等同于 i = i % 5

2.自增运算符，自减运算符 ​

C 语言提供两个运算符，对变量自身进行+ 1和- 1的操作。

  • ++：自增运算符
  • --：自减运算符
c
i++; // 等同于 i = i + 1
i--; // 等同于 i = i - 1

这两个运算符放在变量的前面或后面，结果是不一样的。++var和--var是先执行自增或自减操作，再返回操作后var的值；var++和var--则是先返回操作前var的值，再执行自增或自减操作。

c
int i = 42;
int j;

j = (i++ + 10);
// i: 43
// j: 52

j = (++i + 10)
// i: 44
// j: 54

上面示例中，自增运算符的位置差异，会导致变量j得到不同的值。这样的写法很容易出现意料之外的结果，为了消除意外，可以改用下面的写法。

c
/* 写法一 */
j = (i + 10);
i++;

/* 写法二 */
i++;
j = (i + 10);

上面示例中，变量i的自增运算与返回值是分离的两个步骤，这样就不太会出错，也提高了代码的可读性。

3.关系运算符 ​

C 语言用于比较的表达式，称为“关系表达式”（relational expression），里面使用的运算符就称为“关系运算符”（relational operator），主要有下面 6 个。

  • > 大于运算符
  • < 小于运算符
  • >= 大于等于运算符
  • <= 小于等于运算符
  • == 相等运算符
  • != 不相等运算符

下面是一些例子。

c
a == b;
a != b;
a < b;
a > b;
a <= b;
a >= b;

关系表达式通常返回0或1，表示真伪。C 语言中，0表示伪，所有非零值表示真。比如，20 > 12返回1，12 > 20返回0。

关系表达式常用于if或while结构。

c
if (x == 3) {
  printf("x is 3.\n");
}

注意，相等运算符==与赋值运算符=是两个不一样的运算符，不要混淆。有时候，可能会不小心写出下面的代码，它可以运行，但很容易出现意料之外的结果。

c
if (x = 3) ...

上面示例中，原意是x == 3，但是不小心写成x = 3。这个式子表示对变量x赋值3，它的返回值为3，所以if判断总是为真。

为了防止出现这种错误，有的程序员喜欢将变量写在等号的右边。

c
if (3 == x) ...

这样的话，如果把==误写成=，编译器就会报错。

c
/* 报错 */
if (3 = x) ...

另一个需要避免的错误是，多个关系运算符不宜连用。

c
i < j < k

上面示例中，连续使用两个小于运算符。这是合法表达式，不会报错，但是通常达不到想要的结果，即不是保证变量j的值在i和k之间。因为关系运算符是从左到右计算，所以实际执行的是下面的表达式。

c
(i < j) < k

上面式子中，i < j返回0或1，所以最终是0或1与变量k进行比较。如果想要判断变量j的值是否在i和k之间，应该使用下面的写法。

c
i < j && j < k

4.逻辑运算符 ​

逻辑运算符提供逻辑判断功能，用于构建更复杂的表达式，主要有下面三个运算符。

  • !：否运算符（改变单个表达式的真伪）。
  • &&：与运算符（两侧的表达式都为真，则为真，否则为伪）。
  • ||：或运算符（两侧至少有一个表达式为真，则为真，否则为伪）。

下面是与运算符的例子。

c
if (x < 10 && y > 20)
  printf("Doing something!\n");

上面示例中，只有x < 10和y > 20同时为真，x < 10 && y > 20才会为真。

下面是否运算符的例子。

c
if (!(x < 12))
  printf("x is not less than 12\n");

上面示例中，由于否运算符!具有比<更高的优先级，所以必须使用括号，才能对表达式x < 12进行否运算。当然，合理的写法是if (x >= 12)，这里只是为了举例。

对于逻辑运算符来说，任何非零值都表示真，零值表示伪。比如，5 || 0会返回1，5 && 0会返回0。

逻辑运算符还有一个特点，它总是先对左侧的表达式求值，再对右边的表达式求值，这个顺序是保证的。如果左边的表达式满足逻辑运算符的条件，就不再对右边的表达式求值。这种情况称为“短路”。

c
if (number != 0 && 12/number == 2)

上面示例中，如果&&左侧的表达式（number != 0）为伪，即number等于0时，右侧的表达式（12/number == 2）是不会执行的。因为这时左侧表达式返回0，整个&&表达式肯定为伪，就直接返回0，不再执行右侧的表达式了。

由于逻辑运算符的执行顺序是先左后右，所以下面的代码是有问题的。

c
while ((x++ < 10) && (x + y < 20))

上面示例中，执行左侧表达式后，变量x的值就已经变了。等到执行右侧表达式的时候，是用新的值在计算，这通常不是原始意图。

5.位运算符 ​

C 语言提供一些位运算符，用来操作二进制位（bit）。

（1）取反运算符～

取反运算符～是一个一元运算符，用来将每一个二进制位变成相反值，即0变成1，1变成0。

c
// 返回 01101100
~ 10010011

上面示例中，~对每个二进制位取反，就得到了一个新的值。

注意，~运算符不会改变变量的值，只是返回一个新的值。

（2）与运算符&

与运算符&将两个值的每一个二进制位进行比较，返回一个新的值。当两个二进制位都为1，就返回1，否则返回0。

c
// 返回 00010001
10010011 & 00111101

上面示例中，两个八位二进制数进行逐位比较，返回一个新的值。

与运算符&可以与赋值运算符=结合，简写成&=。

c
int val = 3;
val = val & 0377;

// 简写成
val &= 0377;

（3）或运算符|

或运算符|将两个值的每一个二进制位进行比较，返回一个新的值。两个二进制位只要有一个为1（包含两个都为1的情况），就返回1，否则返回0。

c
// 返回 10111111
10010011 | 00111101

或运算符|可以与赋值运算符=结合，简写成|=。

c
int val = 3;
val = val | 0377;

// 简写为
val |= 0377;

（4）异或运算符^

异或运算符^将两个值的每一个二进制位进行比较，返回一个新的值。两个二进制位有且仅有一个为1，就返回1，否则返回0。

c
// 返回 10101110
10010011 ^ 00111101

异或运算符^可以与赋值运算符=结合，简写成^=。

c
int val = 3;
val = val ^ 0377;

// 简写为
val ^= 0377;

（5）左移运算符<<

左移运算符<<将左侧运算数的每一位，向左移动指定的位数，尾部空出来的位置使用0填充。

c
// 1000101000
10001010 << 2

上面示例中，10001010的每一个二进制位，都向左侧移动了两位。

左移运算符相当于将运算数乘以 2 的指定次方，比如左移 2 位相当于乘以 4（2 的 2 次方）。

左移运算符<<可以与赋值运算符=结合，简写成<<=。

c
int val = 1;
val = val << 2;

// 简写为
val <<= 2;

（6）右移运算符>>

右移运算符>>将左侧运算数的每一位，向右移动指定的位数，尾部无法容纳的值将丢弃，头部空出来的位置使用0填充。

c
// 返回 00100010
10001010 >> 2

上面示例中，10001010的每一个二进制位，都向右移动两位。最低的两位10被丢弃，头部多出来的两位补0，所以最后得到00100010。

注意，右移运算符最好只用于无符号整数，不要用于负数。因为不同系统对于右移后如何处理负数的符号位，有不同的做法，可能会得到不一样的结果。

右移运算符相当于将运算数除以 2 的指定次方，比如右移 2 位就相当于除以 4（2 的 2 次方）。

右移运算符>>可以与赋值运算符=结合，简写成>>=。

c
int val = 1;
val = val >> 2;

// 简写为
val >>= 2;

6.逗号运算符 ​

逗号运算符用于将多个表达式写在一起，从左到右依次运行每个表达式。

c
x = 10, y = 20;

上面示例中，有两个表达式（x = 10和y = 20），逗号使得它们可以放在同一条语句里面。

逗号运算符返回最后一个表达式的值，作为整个语句的值。

c
int x;
x = 1, 2, 3;

上面示例中，逗号的优先级低于赋值运算符，所以先执行赋值运算，再执行逗号运算，变量x等于1。

7.运算优先级 ​

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。

c
3 + 4 * 5;

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。

如果两个运算符优先级相同，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（=）。

c
5 * 6 / 2;

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复杂。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）。

  • 圆括号（()）
  • 自增运算符（++），自减运算符（--）
  • 一元运算符（+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。

c
int x = (3 + 4) * 5;

上面示例中，由于添加了圆括号，加法会先于乘法进行运算。

完全记住所有运算符的优先级没有必要，解决方法是多用圆括号，防止出现意料之外的情况，也有利于提高代码的可读性。

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