运算符

网道(WangDoc.com),互联网文档计划

C 语言的运算符非常多,一共有 50 多种,可以分成若干类。

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)+-

+-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。

int x = -12;

上面示例中,-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。

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+-用来完成加法和减法。

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

(2)*

运算符*用来完成乘法。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

上面示例中,第一个运算数的正负号(11-11)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。

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

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- 1的操作。

  • ++:自增运算符
  • --:自减运算符
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--var是先执行自增或自减操作,再返回操作后var的值;var++var--则是先返回操作前var的值,再执行自增或自减操作。

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。

/* 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。

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。

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

关系表达式通常返回01,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112 > 20返回0

关系表达式常用于ifwhile结构。

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。

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。

if (3 == x) ...

这样的话,如果把==误写成=,编译器就会报错。

/* 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。

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ik之间。因为表示运算符是从左到右计算,所以实际执行的是下面的表达式。

(i < j) < k

上面式子中,i < j返回01,所以最终是01与变量k进行比较。如果想要判断变量j的值是否在ik之间,应该使用下面的写法。

i < j && j < k

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。

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

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

下面是否运算符的例子。

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15 && 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”。

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。

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。

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11变成0

// 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

// 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&=

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

// 返回 10111111
10010011 | 00111101

或运算符|可以与赋值运算符=结合,简写成|=

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

// 返回 10101110
10010011 ^ 00111101

异或运算符^可以与赋值运算符=结合,简写成^=

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。

// 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<<=

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。

// 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>>=

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

// 简写为
val >>= 2;

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。

x = 10, y = 20;

上面示例中,有两个表达式(x = 10y = 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。

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

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。

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(=)。

5 * 6 / 2;

上面示例中,*/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(+-
  • 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。

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。