C語言----操作符詳解(萬字詳解)

1. 操作符的分類

2. 二進制和進制轉換

3. 原碼反碼補碼

4. 移位操作符

4.1 左移操作符 >>

4.2 右移操作符 >>

5. 位操作符

5.1 按位與 &

5.2 按位或 |

5.3 按位異或 ^

5.4 按位取反 ~

練習整數存儲在內存中二進制中1的個數

練習二進制位置置0或者置1

6.? 單目操作符

7.? 逗號表達式

8. 下標訪問[? ]? ?函數調用( )

8.1 [ ] 下標引用操作符

8.2 () 函數調用操作符

9. 結構成員的訪問操作符

9.1 結構體

9.2 結構體的聲明

9.3?結構體變量的聲明與初始化

9.3.1 聲明結構體變量

9.3.2 初始化結構體變量

9.4?訪問結構體成員

10. 操作符的屬性: 優先級? 結合性

10.1? 優先級

10.2? 結合性

11. 表達式求值

11.1 整型提升

11.2 算數轉換

1. 操作符的分類

類型	具體操作符
算術操作符	+（加法）、-（減法）、*（乘法）、/（除法）、%（取模 / 取余）
移位操作符	<<（左移）、>>（右移）
位操作符	&（按位與）、	（按位或）、^（按位異或）
賦值操作符	=（簡單賦值）、+=（加法賦值）、-=（減法賦值）、*=（乘法賦值）、/=（除法賦值）、%=（取模賦值）、<<=（左移賦值）、>>=（右移賦值）、&=（按位與賦值）、	=（按位或賦值）、^=（按位異或賦值）
單目操作符	!（邏輯非）、++（自增）、--（自減）、&（取地址）、*（指針取值 / 解引用）、+（正號）、-（負號）、~（按位取反）、sizeof（獲取字節數）、(類型)（類型轉換）
關系操作符	>（大于）、>=（大于等于）、<（小于）、<=（小于等于）、==（等于）、!=（不等于）
邏輯操作符	&&（邏輯與）、		（邏輯或）
條件操作符	? :（三元條件）
逗號表達式操作符	,（逗號）
下標引用操作符	[ ]（方括號）
函數調用操作符	( )（圓括號）
結構成員訪問操作符	.（結構體變量成員訪問）、->（結構體指針成員訪問）

上面的操作符? 我們在數據類型和變量中以及學過了一部分今天我們繼續具體介紹我們沒有學過的操作符但那之前我們得學習一下二進制因為有些操作符與二進制有關

2. 二進制和進制轉換

在以前學數學時我們也聽說過2進制 10進制那他們是什么意思呢 ?

其實2進制 8進制 10進制 16進制都是值的不同表現形式只不過我們平常使用值的時候都默認了10進制方式

15的2進制? ? ? ? 1111

15的8進制? ? ? ? 17

15的10進制? ? ? 15

15的16進制? ? ? ?F

在十進制中的 152??其中2是個位? 5是十位? 1是百位相當于權重

123相當于3乘以10的0次方+2乘以10的1次方+1乘以10的2次方? 往后依次在次方上按順序+1

而理解了十進制之后其實其他進制也是相同理解

比如2進制的1101? ?從左到右分別是2的0? 1? 2? 3次方?

那么就相當于1?2的0次方+1?2的1次方+0?2的2次方+1?2的3次方既1+2+4+8=13

因此二進制的1101實際上就是13? 也就是10進制的13

再舉個8進制的例子 8進制的17是多少呢?

7?8的0次方+1?8的1次方=7+8=15? ? 既15的8進制寫法就是17

而最后我們就來講解以下16進制?

首先我們知道2進制數字是由0 1組成? 8進制是由0~7組成? 10進制由0~9組成? 因為分別滿2 8 10會進一位

而16進制呢? 因為0~9不夠因此我們使用ABCDEF(小寫也適用)來分別表示10 11 12 13 14 15 這樣就可以表示完了

比如F? 就是F?16的0次方=15?1=15

而2進制如何轉10進制呢? ?剛才已經講過了權重?權重值即可

而10進制如何轉換成2進制呢如下圖

通過10進制數字除以2 得到的余數從下往上寫就是轉換出的2進制

而下面在計算機上試著看看相同數字不同進制時的值是多少

可以看出來數字都是161? 而10進制的值就是161? 8進制的值是113? 16進制的值是353

而下面我們來說說2進制轉8進制和16進制的方法

8進制數字是0~7的數字各自寫成二進制每3個二進制位就足夠了? 比如7的二進制位是111? 所以2進制轉8進制的時候從2進制序列中右邊低位開始向左依次每3個2進制位換算一個8進制位剩余不夠3個2進制位則直接換算

比如2進制位的01101011 換算成8進制就是0153? 這是8進制表示方法 0開頭的數字

16進制的數字每一位是0~9 a~f的數字各自寫成2進制最多有4個2進制位就足夠了比如f的二進制位是1111 所以2進制轉16進制的時候從2進制序列的右邊低位開始向左依次每4個2進制位換算一個16進制位剩余不夠4個2進制位則直接換算?

比如2進制的01101011 換成16進制表示就是0x6b? 這是16進制表示方法 0x開頭的數字

同理 8進制位和16進制位轉2進制只需要反著來1個8進制位轉換成3個2進制位? 1個16進制位轉換成4個2進制位即可

3. 原碼反碼補碼

整數的2進制表示方法有三種? 原碼? 反碼? 補碼

有符號的三種表示方法均有符號位和數值位兩部分? 2進制序列中最高位被當作符號位剩余的都是數值位?

符號位都是用0表示"正'???用1表示"負' 剩余的都是數值位

而無符號的整數全部都是數值位

有符號的整數既 signed int? 而無符號的整數既 unsigned int?

而他們的原碼反碼補碼怎么算呢?

原碼: 直接將數值按照正負數的形式翻譯成二進制得到的就是原碼

反碼: 將原碼的符號位不變? 其他位依次按位取反就可以得到反碼

補碼:??反碼+1就得到補碼

注: 補碼得到原碼也是使用:? 取反? ?+1??的操作

舉例如下:

無符號整型的三種 2進制表示相同? 沒有符號位? 每一位都是數值位

對于整型來說:數據存放在內存中的其實是補碼? 那為什么呢?

加減統一：減法變加法，硬件只需加法器，省成本。
零唯一：消滅-0，多存一個數（如-128），不浪費。
運算快：CPU直接算，無需額外處理符號位。
本質：用“補數”思想（如鐘表倒撥=正撥）實現高效計算。

4. 移位操作符

<<? 左移操作符? ? ?>>? 右移操作符? ?

注:移位操作符的操作數只能是整數不能是小數和負數

我將通過具體的例子來解釋

4.1 左移操作符 >>

從圖中我們就了解到了左移操作符的用法? 并且知道了左移操作符并不會改變操作數的值?

而為什么左移操作符移動一位后值會變大2唄呢? 那是因為左移一位之后二進制數都變大了兩倍因此整體也變大兩倍

同理移動2位則變大了四倍如圖

注: 并不是所有的數左移一位都變大兩倍?

同理負數也滿足此規則

具體操作過程如下圖

4.2 右移操作符 >>

首先右移操作符分為兩類?

1 邏輯右移? :? 左邊用0填充,右邊丟棄

2 算術右移? :??左邊用原該值的符號位填充,右邊丟棄

注: 右移具體是什么右移取決于編譯器而大部分編譯器都是采用算術右移

驗證:

邏輯右移用0填充而算數右移中整數是0開頭也會用0填充因此我會選擇負數負數的符號位為1 這樣就可以判斷出來

可以看出來的確是-5 因此判斷出來是補的原本的數值位因此我的編譯器采用的是算數右移

快去試試你的編譯器吧

警告: 對于移位操作符來說不能移動負數位這個是標準未定義的?

5. 位操作符

位操作符有? ( 雙目操作符 )

&? ? ? ? ? ? // 按位與? ? ? ? ? ? 區別于 && 邏輯與 -- 并且

|? ? ? ? ? ? ?// 按位或? ? ? ? ? ? ?? 區別于 | |?邏輯或 --?或者

^? ? ? ? ? ? // 按位異或? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

~? ? ? ? ? ? // 按位取反? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

注: 位指的是二進制位

下面我將用具體的例子來講解

5.1 按位與 &

這就是 按位與 &?

特點: 按照對應的二進制進行與運算只要有0則為0? ?兩個同時為1 才為1

5.2 按位或 |

這就是 按位或 |

特點: |?是按位或是對應的二進制位或運算只要有1就是1 兩個為0才是0

5.3 按位異或 ^

這就是 按位異或 ^

特點:異或 ^ 對應的二進制位相同為0 相異為1 ??

5.4 按位取反 ~

這就是?按位取反 ~

特點:按位取反 ?( 原來是0變成1 原來是1變成0 )

按位異或 ^ 有什么作用呢?

當我們需要交換兩個數的值但不能創建新變量(第三個變量)時? ^ 就能發揮作用了?

而上述代碼是如何完成交換的呢這就是 ^ 的作用了

首先我們知道異或: 相同為0,相異為1

a^a=0? ? 0^a=a

3^3=0? ?3^3^5=5? ?

而3^5^3的值依舊是5? 既異或是支持交換律的
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 
#include<stdio.h>
int main()
{int a = 10;int b = 20;printf("a=%d\n", a);printf("b=%d\n", b);//我們使用a'來作為中間變量理解 代入既可理解 ^a = a ^ b; // a'=a^bb = a ^ b; // b=a'^b=a^b^b=aa = a ^ b; // a=a'^b=a^b^a=bprintf("交換后\n");printf("a=%d\n", a);printf("b=%d\n", b);return 0;
}
而相同為0 是不可能會進位的這樣也避免的值溢出的問題

練習整數存儲在內存中二進制中1的個數

思路: 和十進制整數求相似? 12343%10可以得到個位在/10 可以得到1234 這樣依次既可以計算同理二進制則%2? /2

輸入15時得出4? 我們知道15的補碼是00000000000000000000000000001111確實有4位1

但當我們輸入負數時呢

因此以上代碼對負數是不友好的只能計算二進制正整數中1的個數

因此我們做以下更改

首先我們得知道??

//? 100000000000000000000000000001111? -? ?n

//? 000000000000000000000000000000001? - 1

//? 000000000000000000000000000000001? ?-??n按位與1 既n&1

無論前面的數是什么? 按位與1時只用管最后一位是不是1 如果是1 那結果也為1? ?不是1那就是0?

可以看出代碼運行無誤? ?15的進制補碼中有4個1? ? ?-1的補碼中有32個1

其實還有更優解如下

int count_n(int n)
{int i = 0;int count = 0;while (n){n = n & (n - 1);count++;}return count;
}
int main()
{int n=0 ;while (scanf("%d", &n) == 1){int c = count_n(n);printf("%d\n", c);}return 0;
}

代碼解釋:

例如15的二進制是1111? ? 14是1110

1111&1110=1110? ? ? ?既n=n&(n-1) 繼續往復

1110&1101=1100

1100&1011=1000

1000&0111=0000

一共執行了4次最后為0 而正好15的二進制數里有4個1 ?因此可以使用while循環和n=n&(n-1)來實現目的

練習二進制位置置0或者置1

例如把改變13的第5位修改為1 ?然后在修改為0

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 
#include<stdio.h>
int main()
{int a = 13;//13=00001101// | 00010000//   00011101//這樣 就能將第五位置為1  而00010000怎么來呢  我們可以使用左移運算符//1左移4位 這樣就能得到00010000a |= (1 << 5-1);printf("a的值為%d", a);return 0;
}

上述操作就可以將第五位修改為1 ?使用到了按位或和左移運算符經此啟發?

我們將第五位修改為0可以通過下面代碼實現

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 
#include<stdio.h>
int main()
{int a = 13;//13=00001101// | 00010000  按位與 |//   00011101// & 11101111  按位或 &//   00001101//這樣通過 & 就可以實現第五位轉換為0 //而11101111怎么獲得呢? 可以發現它就是00010000的反碼//既 ~(1<<5-1)a |= (1 << 5-1);printf("a的值為%d\n", a);a &= ~(1 << 5 - 1);printf("a的值為%d\n", a);return 0;
}

可以看出運行結果的確正確如下:

其中我們運用到了按位或按位取反左移運算符等

6.? 單目操作符

單目操作符我們已經在數據類型和變量中學過了? 如下

其中只有 * 和 & 沒有具體講解這一塊將在之后的指針章節中具體介紹

7. 逗號表達式

首先逗號表達式是什么呢?

逗號表達式就是用逗號隔開的多個表達式

特點: 從左往右依次執行整個表達式的結果是最后一個表達式的結果

整體結果是expN

下面具體舉例?

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 
#include<stdio.h>
int main()
{int a = 13;int b = 14;int c = 15;int d = (a > b, a = b + 10, c, b = a + 1);printf("%d", d);return 0;
}

代碼運行結果是什么呢?? ?如下

結果是25? 因為從左往右計算 a=b+10=24? b=a+1=24+1=25

逗號表達式最后一個式子的值為結果因此d的值是25

而逗號表達式的優勢在于哪里呢?? 那就是可以精簡代碼??如下代碼

a = get_val();
count_val(a);
while (a >0)
{//處理過程// ~~~~a = get_val();count_val(a);
}

當有如上代碼時我們可以用逗號表達式來精簡如下

while (a = get_val(), count_val(a) ,a >0)
{//處理過程// ~~~
}

8. 下標訪問[? ]? ?函數調用( )

8.1 [ ] 下標引用操作符

操作數:一個數組名+一個索引值(下標)

int arr[10];
arr[8]=8;
[ ]的兩個操作數是arr和8

8.2 () 函數調用操作符

int main()
{
printf("hello");// ()是函數調用操作符
int a=add(3,5); // ()是函數調用操作符
// () 的操作數是函數名和參數  至少有一個函數名 可以不要參數
return 0;
}

9. 結構成員的訪問操作符

9.1 結構體

C語言已經提供了內置類型? 如 char short int long double等等? 但是只有這些內置類型還是不夠的? 比如我想描述學生描述一本書? 這時單一的內置類型是不行的

描述一個學生需要滿足年齡學號身高體重等

描述一本書需要滿足? ?作者出版社書名定價等? C語言為了解決這個問題增加了結構體這種自定義的類型數據? 讓程序員可以自己創造適合的類型

結構是一些值的集合? 這些值被稱為成員變量? 結構的每個成員變量可以是不同類型的變量? 如: 標量? 數組? 指針甚至是其他結構體?

9.2 結構體的聲明

使用?struct?關鍵字定義結構體，語法如下：

struct 結構體名 {數據類型 成員1;數據類型 成員2;// ...更多成員
};

示例：定義一個表示學生的結構體

struct Student {int id;         // 學號char name[20];  // 姓名float score;    // 成績
};

9.3?結構體變量的聲明與初始化

9.3.1 聲明結構體變量

// 方式1：先定義結構體，再聲明變量
struct Student stu1, stu2;// 方式2：定義結構體時直接聲明變量
struct Student   {int id;char name[20];float score;} stu3, stu4;  // stu3和stu4是全局變量

9.3.2 初始化結構體變量

// 按成員順序初始化
struct Student stu1 = {101, "Alice", 90.5};// 指定成員初始化（C99標準支持）
struct Student stu2 = {.name = "Bob", .score = 85.0f};

通過調試來具體觀察初始化

9.4?訪問結構體成員

使用?.?運算符?訪問成員：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 
#include<stdio.h>
#include<string.h>
struct Student {int id;         // 學號char name[20];  // 姓名float score;    // 成績		score	90.5000000	float};
struct Student stu1, stu2;
int main()
{struct Student stu1 = { 101, "Alice", 90.5 };struct Student stu2 = { .name = "Bob", .score = 85.0f };stu1.id = 1001;strcpy(stu1.name, "Tom");  // 字符串需用strcpy賦值stu1.score = 92.5;printf("ID: %d, Name: %s, Score: %.1f\n",  stu1.id, stu1.name, stu1.score);return 0;
}

運行結果如下:

結構體指針與?->?運算符

如何通過指針操作結構體，需用?->?訪問成員? ?稍后在指針章節在講

10. 操作符的屬性: 優先級? 結合性

C語言的操作符有兩個重要的屬性: 優先級和結合性這兩個屬性決定了表達式求值的計算順序

10.1 優先級

優先級指的是如果一個表達式包含多個運算符哪個運算符應該優先執行各種運算符的優先級是不一樣的

3+4*5; //*優先級更高因此先算4*5 后算+

10.2 結合性

如果兩個算數符優先級相同優先級沒有辦法確定先算哪一個時這時候就看結合性了根據運算符是左結合還是右結合決定執行順序大部分運算符是左結合(既從左往右計算)? 少數運算符是從右往左計算比如說賦值運算符( = )

比如 6/3*2? 假如先算3*2那結果就是1? 若先算6/3那結果就是4

因此結合性的作用在無法確定優先性時就會體現出來? 上面的例子就是左結合起了作用

11. 表達式求值

11.1 整型提升

基本概念:

整型提升是指當表達式中使用比int小的整型類型（如char、short等）時，這些值會被自動提升為int類型（如果int能夠表示原類型的所有值）或unsigned int類型（如果不能）。

整型提升的意義:
表達式的整型運算要在CPU的相應運算器件內執行，CPU內整型運算器(ALU)的操作數的字節長度一般就是int的字節長度，同時也是CPU的通用寄存器的長度.
因此，即使兩個char類型的相加，在CPU執行時實際上也要先轉換為CPU內整型操作數的標準長度。
通用CPU(general-purpose CPU)是難以直接實現兩個8比特字節直接相加運算(雖然機器指令中可能有這種字節相加指令)。所以，表達式中各種長度可能小于int長度的整型值，都必須先轉換為int或unsigned int，然后才能送入CPU去執行運算。
無

總結:

意義說明
提高運算效率 CPU 更擅長處理?int?大小的數據，減少額外指令開銷
防止數據溢出 提升到?int?后，中間結果不易溢出
統一運算規則 避免混合類型運算的歧義，保證可移植性
符合語言標準 C/C++ 標準要求整型提升，確保行為一致
簡化編譯器實現 減少特殊情況處理，優化代碼生成

整型提升雖然是一個隱式的過程，但它在底層優化、防止錯誤、保證可移植性等方面起著重要作用。理解整型提升有助于編寫更健壯、高效的代碼，并避免一些微妙的類型相關錯誤。

意義	說明
提高運算效率	CPU 更擅長處理?`int`?大小的數據，減少額外指令開銷
防止數據溢出	提升到?`int`?后，中間結果不易溢出
統一運算規則	避免混合類型運算的歧義，保證可移植性
符合語言標準	C/C++ 標準要求整型提升，確保行為一致
簡化編譯器實現	減少特殊情況處理，優化代碼生成

如何進行整型提升呢?

1.有符號整數提升是按照變量的數據類型的符號位來提升的

2.無符號整數提升高位補0

以下代碼運算結果是多少呢?

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 
#include<stdio.h>
int main() {char a = 20;char b = 120;char c = a + b;printf("%d\n", c);return 0;
}

結果如下:

為什么得出c的值是-116 而不是140呢原因如下讓我們利用整型提升的知識來講解

注:char類型占8位? short類型占16位 int類型占32位

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 
#include<stdio.h>
int main() {char a = 20;//截斷后存儲到a中//00010100 - a //00000000000000000000000000010100    a整型提升char b = 120;//01111000 - b //00000000000000000000000001111000    b整型提升char c = a + b;// 00010100- a// 00000000000000000000000000010100// 01111000- b// 00000000000000000000000001111000// // 00000000000000000000000000010100// 00000000000000000000000001111000// 00000000000000000000000010001100 - 整型提升后相加// 10001100 - C 通過整型提升得到補碼printf("%d\n", c);//%d-以10進制的形式，打印一個有符號的整型(int)//11111111111111111111111110001100 - 補碼//10000000000000000000000001110011//10000000000000000000000001110100 - 原碼//不難看出值是-116 return 0;
}