在C語言中，操作符是構建表達式的基礎，掌握各類操作符的用法、優先級及特性，對寫出高效且正確的代碼至關重要。本文將系統梳理C語言操作符的核心知識點，包含實例代碼與詳細解析，助你徹底搞懂操作符。

1. 操作符的分類

C語言操作符可按功能分為以下幾類，清晰的分類有助于理解其特性：

類別	操作符
算術操作符	+、-、*、/、%
移位操作符	<<、>>
位操作符	&、|、^、~
賦值操作符	=、+=、-=、*=、/=、%=、<<=、>>=、&=、|=、^=
單目操作符	!、++、--、&、*、+、-、~、sizeof、(類型)（強制類型轉換）
關系操作符	>、>=、<、<=、==、!=
邏輯操作符	&&、||
條件操作符	? :
逗號表達式	,
下標引用	[]
函數調用	()
結構成員訪問操作符	.、->

2. 二進制與進制轉換

計算機底層使用二進制存儲數據，掌握進制轉換是理解位操作的基礎。

2.1 二進制與十進制轉換

• 二進制轉十進制：按權重展開求和（權重為$2^0,2^1,2^2,...$，從右向左）。
  例：二進制1101轉十進制：
  $1\times 2^3+1\times 2^2+0\times 2^1+1\times 2^0=8+4+0+1=13$

• 十進制轉二進制：除2取余，余數倒序排列。
  例：十進制125轉二進制：
  125 ÷ 2 = 62 余1
  62 ÷ 2 = 31 余0
  31 ÷ 2 = 15 余1
  15 ÷ 2 = 7 余1
  7 ÷ 2 = 3 余1
  3 ÷ 2 = 1 余1
  1 ÷ 2 = 0 余1
  結果：1111101

2.2 二進制與八/十六進制轉換

• 二進制轉八進制：從右向左每3位一組，不足補0，每組對應1個八進制數（0-7）。
  例：二進制01101011 → 分組01 101 011 → 轉換為八進制153（前綴0表示八進制）。

• 二進制轉十六進制：從右向左每4位一組，不足補0，每組對應1個十六進制數（0-9, a-f）。
  例：二進制01101011 → 分組0110 1011 → 轉換為十六進制0x6b（前綴0x表示十六進制）。

3. 原碼、反碼、補碼

整數在內存中以補碼存儲，原因是：統一符號位與數值位處理，簡化加法運算（CPU僅需加法器）。

• 原碼：直接表示符號位（0正1負）和數值位。
  例：int a = 3 → 原碼00000000 00000000 00000000 00000011
int b = -3 → 原碼10000000 00000000 00000000 00000011

• 反碼：原碼符號位不變，數值位取反。
  例：-3的反碼11111111 11111111 11111111 11111100

• 補碼：反碼+1（負數補碼）；正數原碼=反碼=補碼。
  例：-3的補碼11111111 11111111 11111111 11111101

4. 移位操作符

移位操作符僅作用于整數，分為左移和右移。

4.1 左移操作符 <<

• 規則：左邊丟棄，右邊補0。
• 示例：

#include <stdio.h>
int main() {int num = 10; // 二進制：00000000 00000000 00000000 00001010int n = num << 1; // 左移1位：00000000 00000000 00000000 00010100 → 20printf("n = %d\n", n); // 輸出：20printf("num = %d\n", num); // 輸出：10（原變量不變）return 0;
}

4.2 右移操作符 >>

• 邏輯右移：左邊補0，右邊丟棄（無符號數）。
• 算術右移：左邊補符號位，右邊丟棄（有符號數，主流編譯器采用）。

示例（算術右移）：

#include <stdio.h>
int main() {int num = -1; // 補碼：11111111 11111111 11111111 11111111int n = num >> 1; // 算術右移1位：11111111 11111111 11111111 11111111 → 仍為-1printf("n = %d\n", n); // 輸出：-1return 0;
}

?? 注意：禁止移動負數位（如num >> -1，行為未定義）。

5. 位操作符

位操作符直接對二進制位進行操作，操作數為整數。

操作符	功能	示例（二進制）
`&`	按位與（同1則1）	1010 & 0111 = 0010
`|`	按位或（有1則1）	1010 | 0111 = 1111
`^`	按位異或（不同則1）	1010 ^ 0111 = 1101
`~`	按位取反（0變1，1變0）	~1010 = 0101（假設4位）

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經典案例

1. 不創建臨時變量交換兩數：

#include <stdio.h>
int main() {int a = 10, b = 20;a = a ^ b; // a = 10^20b = a ^ b; // b = (10^20)^20 = 10a = a ^ b; // a = (10^20)^10 = 20printf("a = %d, b = %d\n", a, b); // 輸出：a=20, b=10return 0;
}

2. 求二進制中1的個數：

// 方法3（最優）：每次消去最后一個1，循環次數=1的個數
#include <stdio.h>
int count_one(int num) {int count = 0;while (num) {num &= num - 1; // 消去最后一個1count++;}return count;
}
int main() {printf("%d\n", count_one(10)); // 1010 → 2個1 → 輸出2return 0;
}

6. 單目操作符

單目操作符僅需一個操作數，重點如下：

操作符	功能	示例
!	邏輯非（真變假，假變真）	!0 = 1，!5 = 0
++	自增（前置先增后用，后置先用后增）	int a=3; printf("%d", ++a); // 4
--	自減（類似++）	int a=3; printf("%d", a--); // 3
sizeof	求類型/變量所占字節數	sizeof(int) = 4，sizeof(a) = 4（a為int）
(類型)	強制類型轉換	(int)3.14 = 3

7. 逗號表達式

形式：exp1, exp2, ..., expN

• 執行順序：從左到右依次執行。
• 結果：最后一個表達式的值。

示例：

#include <stdio.h>
int main() {int a = 1, b = 2;int c = (a > b, a = b + 10, a, b = a + 1); // 執行：a>b（假）→ a=12 → 取a=12 → b=13 → 結果c=13printf("c = %d\n", c); // 輸出：13return 0;
}

8. 下標訪問與函數調用

• 下標訪問[]：操作數為數組名+索引，如arr[3]等價于*(arr+3)。

  int arr[5] = {1,2,3,4,5};
  printf("%d\n", arr[2]); // 輸出：3（訪問第3個元素）
  

• 函數調用()：操作數為函數名+參數列表。

  #include <stdio.h>
  void print_hello() {printf("Hello, C!\n");
  }
  int add(int a, int b) {return a + b;
  }
  int main() {print_hello(); // 函數調用，無參數printf("3+5 = %d\n", add(3, 5)); // 函數調用，有參數 → 輸出8return 0;
  }
  

9. 結構體成員訪問

結構體成員訪問有兩種方式：

• .：直接訪問（結構體變量）。
• ->：間接訪問（結構體指針）。

示例：

#include <stdio.h>
#include <string.h>// 定義學生結構體
struct Stu {char name[20];int age;
};int main() {struct Stu s = {"張三", 20}; // 結構體變量struct Stu* ps = &s; // 結構體指針// 訪問成員printf("name: %s, age: %d\n", s.name, s.age); // .訪問 → 張三, 20strcpy(ps->name, "李四"); // ->訪問：修改姓名ps->age = 22; // ->訪問：修改年齡printf("name: %s, age: %d\n", s.name, s.age); // 李四, 22return 0;
}

10. 操作符的優先級與結合性

表達式求值由優先級和結合性決定：

• 優先級：決定操作順序（如*優先級高于+）。
  例：3 + 4 * 5 → 先算4*5=20，再算3+20=23。

• 結合性：優先級相同時，左結合（從左到右）或右結合（從右到左，如賦值=）。
  例：5 * 6 / 2 → 左結合，先算5*6=30，再算30/2=15。

優先級簡表（從高到低）

優先級	操作符	結合性
1	()、[]、.、->	左結合
2	++、--、!、~、sizeof	右結合
3	*、/、%	左結合
4	+、-（算術）	左結合
5	<<、>>	左結合
6	<、>、<=、>=	左結合
7	==、!=	左結合
8	&	左結合
9	^	左結合
10	`	`
11	&&	左結合
12	`
13	? :	右結合
14	=、+=、-=等	右結合

11. 表達式求值注意事項

11.1 整型提升

長度小于int的整型（如char、short）在運算時會提升為int或unsigned int，避免精度丟失。
例：char a = 127, b = 1; int c = a + b;

• a提升為00000000 00000000 00000000 01111111
• b提升為00000000 00000000 00000000 00000001
• 相加后c = 128（若直接存char會溢出）。

11.2 避免歧義表達式

部分表達式因優先級/結合性無法確定唯一執行順序，結果依賴編譯器，應避免：

• c + --c：無法確定+左右操作數的求值順序。
• (++i) + (++i) + (++i)：不同編譯器結果不同（如GCC輸出10，VS輸出12）。

總結

操作符是C語言的基礎，掌握其分類、特性及求值規則，能幫助我們寫出更高效、無歧義的代碼。重點關注位操作符的靈活應用（如交換變量、統計1的個數）、補碼的存儲邏輯，以及優先級對表達式的影響。實際開發中，復雜表達式建議用括號明確順序，減少歧義。

希望本文對你理解C語言操作符有幫助，歡迎留言交流！ 😊