C 语言的运算符非常多,一共有 50 多种,可以分成若干类。
算术运算符专门用于算术运算,主要有下面几种。
+
-
*
/
%
(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。
int x = -12;
上面示例中,-将12这个值变成-12。
12
-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。
y
二元运算符+和-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。
x
float
6 / 4
1.0
1.5
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。
6.0 / 4
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。
score
25
0
score / 20
100
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。
20
20.0
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或-11)决定了结果的正负号。
11
-11
(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
C 语言提供两个运算符,对变量自身进行+ 1和- 1的操作。
+ 1
- 1
++
--
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。
++var
--var
var
var++
var--
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。
j
/* 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。
i
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。
>
<
>=
<=
==
!=
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。
1
20 > 12
12 > 20
关系表达式常用于if或while结构。
if
while
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。
x == 3
x = 3
3
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。
k
(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。
i < j
i < j && j < k
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。
!
&&
||
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 < 10和y > 20同时为真,x < 10 && y > 20才会为真。
x < 10
y > 20
x < 10 && y > 20
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。
x < 12
if (x >= 12)
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。
5 || 0
5 && 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。
number != 0
number
12/number == 2
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。
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。
// 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。
10001010
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。
10
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 = 10和y = 20),逗号使得它们可以放在同一条语句里面。
x = 10
y = 20
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。
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。
3 + 4 * 5
4 * 5
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,*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。
5 * 6
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)。
()
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。
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