C语言学习之运算符

C语言运算符有哪些？

按功能划分

在C语言中，运算符可以按照其功能进行分类。以下是各类运算符的详细列表：

• 算术运算符：这些运算符用于执行基本的数学运算。它们包括加法（+），减法（-），乘法（*），除法（/），和模（%）。
  • +：加法运算符，将两个操作数相加。例如，5 + 3的结果是8。
  • -：减法运算符，将第一个操作数减去第二个操作数。例如，5 – 3的结果是2。
  • *：乘法运算符，将两个操作数相乘。例如，5 * 3的结果是15。
  • /：除法运算符，将第一个操作数除以第二个操作数。例如，5 / 2的结果是2（整数除法）。
  • %：取模运算符，返回第一个操作数除以第二个操作数的余数。例如，5 % 2的结果是1。
• 关系运算符：这些运算符用于比较两个值。它们包括等于（==），不等于（!=），大于（>），小于（<），大于等于（>=），小于等于（<=）。
  • ==：等于运算符，如果两个操作数相等，则结果为1，否则为0。
  • !=：不等于运算符，如果两个操作数不相等，则结果为1，否则为0。
  • <：小于运算符，如果第一个操作数小于第二个操作数，则结果为1，否则为0。
  • >：大于运算符，如果第一个操作数大于第二个操作数，则结果为1，否则为0。
  • <=：小于或等于运算符，如果第一个操作数小于或等于第二个操作数，则结果为1，否则为0。
  • >=：大于或等于运算符，如果第一个操作数大于或等于第二个操作数，则结果为1，否则为0。
• 逻辑运算符：这些运算符用于执行布尔逻辑运算。它们包括逻辑与（&&），逻辑或（||），逻辑非（!）。
  • &&：逻辑与运算符，如果两个操作数都为true（非零），则结果为true，否则为false（零）。
  • ||：逻辑或运算符，如果两个操作数中有一个为true，则结果为true，否则为false。
  • !：逻辑非运算符，如果操作数为true，则结果为false，如果操作数为false，则结果为true。
• 位运算符：这些运算符用于操作位级数据。它们包括位与（&），位或（|），位异或（^），位非（~），左移（<<），右移（>>）。
  • &：位与运算符，执行二进制“与”操作。
  • |：位或运算符，执行二进制“或”操作。
  • ^：位异或运算符，执行二进制“异或”操作。
  • ~：位非运算符，执行二进制“非”操作（位反转）。
  • <<：左移运算符，将操作数的二进制位向左移动指定的位数。
  • >>：右移运算符，将操作数的二进制位向右移动指定的位数。
• 赋值运算符：这个运算符（=）用于将值赋给变量。
• 条件运算符：也被称为三元运算符，它是由问号（?）和冒号（:）符号组成的。
• 自增和自减运算符：这些运算符（++，–）用于增加或减少变量的值。
• sizeof运算符：此运算符（sizeof）用于获取存储类型的大小。
• 逗号运算符：用于链接两个或更多的独立表达式，使它们看起来像一个。

这就是C语言中运算符的分类。

复合赋值运算

在C语言中，复合赋值运算符是一种将赋值运算符（=）与其他运算符结合的简写形式。这些运算符不仅可以减少代码的编写量，还可以在某些情况下增加代码的清晰度。以下是C语言中常见的复合赋值运算符及其说明：

• += 加法赋值运算符：把右操作数加上左操作数的结果赋值给左操作数。a += b; // 等价于 a = a + b;
• -= 减法赋值运算符：从左操作数中减去右操作数后的结果赋值给左操作数。a -= b; // 等价于 a = a – b;
• *= 乘法赋值运算符：把左操作数与右操作数的乘积赋值给左操作数。a *= b; // 等价于 a = a * b;
• /= 除法赋值运算符：把左操作数除以右操作数的商赋值给左操作数。a /= b; // 等价于 a = a / b; (注意：b不能为0)
• %= 模除赋值运算符：把左操作数除以右操作数的余数赋值给左操作数。a %= b; // 等价于 a = a % b; (注意：b不能为0)
• <<= 左移赋值运算符：把左操作数向左移动指定位数的结果赋值给左操作数。a <<= 2; // 等价于 a = a << 2;
• >>= 右移赋值运算符：把左操作数向右移动指定位数的结果赋值给左操作数。a >>= 2; // 等价于 a = a >> 2;
• &= 按位与赋值运算符：对左和右操作数进行按位与操作后的结果赋值给左操作数。a &= b; // 等价于 a = a & b;
• ^= 按位异或赋值运算符：对左和右操作数进行按位异或操作后的结果赋值给左操作数。a ^= b; // 等价于 a = a ^ b;
• |= 按位或赋值运算符：对左和右操作数进行按位或操作后的结果赋值给左操作数。a |= b; // 等价于 a = a | b;

使用复合赋值运算符可以使代码更简洁。例如，在进行累加或累乘等操作时，使用复合赋值运算符可以直观地表达操作的意图，同时减少了代码的书写量。

求址运算符

在C语言中，求址运算符（Address-of Operator）是一个一元运算符，用符号&表示。它的作用是获取其操作数的内存地址。这个运算符非常重要，因为它允许程序直接操作内存地址，从而与指针一起使用，实现对变量的间接访问和操作。

假设我们有一个变量int a = 5;，我们想要获取这个变量的内存地址，可以这样使用求址运算符：

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 5;
    int *p = &a; // 使用求址运算符获取a的地址，并将其赋值给指针p
    
    printf("The value of a is: %d\n", a);
    printf("The address of a is: %p\n", (void*)p);
    
    return 0;
}

在这个示例中，&a将获得变量a的内存地址，然后我们将这个地址赋给指针变量p。注意，我们在打印地址时将p转换为void*类型，这是因为%p格式化输出期待的是一个void*类型的参数。

求址运算符和指针紧密相关。指针是存储内存地址的变量。通过使用求址运算符，可以将一个变量的地址赋给指针。然后，可以通过指针间接访问或修改原始变量的值。

• 求址运算符只能应用于存储在内存中的对象（如变量），而不能用于字面值或表达式的结果。例如，&5或&(x+y)在C语言中是非法的。
• 当使用求址运算符时，确保对应的指针类型与原变量类型匹配。例如，如果变量是int类型，则指针应该是int*类型。

求址运算符是C语言中实现指针功能，进而实现内存直接访问和操作的基础之一。正确理解和使用求址运算符对于编写高效和灵活的C程序至关重要。

取值运算符

在C语言中，取值运算符（Dereference Operator），也称为间接访问运算符，用*表示。它与求址运算符&相对应，用于访问指针变量所指向的内存地址中存储的值。简而言之，如果你有一个指向某个数据的指针，使用取值运算符可以获取该指针指向地址上的数据值。

假设我们有一个指针变量p，它指向了一个整型变量a的地址，我们可以通过*p来访问并获取a的值。

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 5;
    int *p = &a; // p 存储了 a 的地址

    // 使用取值运算符访问 p 指向的地址上的值
    printf("The value of a is: %d\n", *p);

    // 通过指针 p 更改 a 的值
    *p = 10;
    printf("The new value of a is: %d\n", a);

    return 0;
}

在这个示例中，*p首先被用来获取p指向的内存地址上存储的值（即a的值），然后又通过*p = 10;来更改该地址上存储的值，导致a的值变为10。

取值运算符是解引用指针或访问指针指向的数据的关键。它允许程序不仅仅是操作数据的地址，还能操作地址中的实际数据。这是实现动态数据结构（如链表和树）以及进行低级内存访问的基础。

• 在使用取值运算符前，确保指针指向的地址是有效的。访问无效或未初始化的指针指向的内存可能导致未定义行为，包括程序崩溃。
• 取值运算符可以用于多层指针（指针的指针），每次使用都降低一层间接性。例如，对于int **pp;，*pp是int*类型，而**pp是int类型。

取值运算符是理解和使用C语言指针的核心。通过指针和取值运算符的配合使用，程序员可以编写出更高效、灵活且直接操作底层数据的代码。

强制转化

在C语言中，强制类型转换（或显式类型转换）是一种操作，它允许程序员在不同数据类型之间显式转换变量的类型。这通常是为了在执行操作时保证数据类型的兼容性，或为了避免隐式类型转换可能导致的不精确或错误。

强制类型转换的语法非常简单，如下所示：

(目标类型) 表达式

这里，“目标类型”是你希望表达式转换成的类型，而“表达式”是要被转换的值或表达式。

假设我们有一个整型变量和一个浮点型变量，我们需要执行一个精确的除法操作并且结果也需要是浮点数，可以通过强制类型转换来实现：

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 5;
    float b = 2.0;
    
    // 未使用强制转换，结果将不会包含小数部分
    float result1 = a / b;
    printf("Result without casting: %f\n", result1);
    
    // 使用强制转换
    float result2 = (float)a / b;
    printf("Result with casting: %f\n", result2);
    
    return 0;
}

在这个例子中，通过将a强制转换为float类型，确保了除法操作是在浮点数之间进行的，这样结果result2就能正确地包含小数部分。

• 使用强制类型转换时应小心，尤其是在将较大的数据类型转换为较小的数据类型时，可能会导致数据丢失或溢出。
• 强制类型转换可以影响程序的可读性，因此应该在不影响程序清晰度的情况下谨慎使用。
• 有些自动（隐式）类型转换会在特定操作中自动发生，但显式类型转换（强制转换）是明确指示编译器进行特定类型转换的一种方式。

强制类型转换是C语言中一个非常有用的工具，可以帮助处理各种不同类型间的运算和操作，但使用时需要注意确保数据的正确性和程序的清晰度。

按操作数划分

在C语言中，运算符还可以根据其操作数的数量进行分类。具体来看：

• 单目运算符：这些运算符只需要一个操作数。包括了一元加号（+）、一元减号（-）、逻辑非（!）、按位取反（~）、自增（++）、自减（–）以及地址运算符（&）和取值运算符（*）等。
• 双目运算符：这些运算符需要两个操作数。例如，算术运算符（+、-、*、/、%）、关系运算符（==、!=、>、<、>=、<=）、逻辑运算符（&&、||）、位运算符（&、|、^）、赋值运算符（=）及其组合（+=、-= 等）以及移位运算符（<<、>>）等。
• 三目运算符：这种运算符需要三个操作数，C语言中唯一的三目运算符就是条件运算符（?:）。

这就是按照操作数的数量对C语言中的运算符进行分类的情况。

按结合方向划分

在C语言中，运算符也可以根据结合性或结合方向进行分类，结合性决定了具有相同优先级的运算符的执行顺序。具体来说，有：

• 左结合运算符：从左至右进行计算。这包括赋值运算符（=、+=、-=、=、/=、%=等）、逻辑运算符（&&、||）、关系运算符（==、!=、>、<、>=、<=）、位运算符（&、|、^）、算术运算符（+、-、、/、%）、移位运算符（<<、>>）以及条件运算符（?:）的第二和第三部分等。
• 右结合运算符：从右至左进行计算。这包括一元运算符（+、-、!、~）、自增和自减运算符（++、–）、地址运算符和解引用运算符（&、*）、sizeof运算符以及条件运算符（?:）的第一部分等。

这就是按结合性对C语言中的运算符进行分类的情况。

运算符的优先级

在C语言中，运算符的优先级决定了表达式中操作数的组合方式。以下是C语言运算符的优先级列表，从高到低：

• 括号运算符 ()
• 一元运算符，如 +（正）、-（负）、++（前自增）、–（前自减）、!（逻辑非）、~（按位取反）、sizeof等
• 二元运算符，如 *（乘法）、/（除法）、%（取模）
• 二元运算符，如 +（加法）、-（减法）
• 移位运算符，如 <<（左移）、>>（右移）
• 关系运算符，如 <、<=、>、>=
• 等于和不等于运算符，如 ==、!=
• 位运算符，如 &（按位与）
• 位运算符，如 ^（按位异或）
• 位运算符，如 |（按位或）
• 逻辑运算符，如 &&（逻辑与）
• 逻辑运算符，如 ||（逻辑或）
• 三元运算符，如 ?:
• 赋值运算符，如 =、+=、-=、*=、/=、%=、<<=、>>=、&=、^=、|=
• 逗号运算符，如 ,

如果表达式中有优先级相同的运算符，那么执行顺序由它们的结合性决定。如果优先级不同，那么优先级高的运算符先执行。如果你不确定运算符的优先级，或者表达式很复杂，最好使用括号来确保运算的正确性。