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【C/C++基础】04_C/C++运算符与表达式

2023-03-25

 C/C++语言中运算符和表达式数量之多,在高级语言中是少见的。正是丰富的运算符和表达式使C/C++语言功能十分完善。这也是C/C++语言的主要特点之一。C/C++语言的运算符不仅具有不同的优先级,而且还有一个特点,就是它的结合性。在表达式中,各运算量参与运算的先后顺序不仅要遵守运算符优先

 C/C++语言中运算符和表达式数量之多,在高级语言中是少见的。正是丰富的运算符和表达式使C/C++语言功能十分完善。这也是C/C++语言的主要特点之一。/C++语言的运算符不仅具有不同的优先级,而且还有一个特点,就是它的结合性。在表达式中,各运算量参与运算的先后顺序不仅要遵守运算符优先级别的规定,还要受运算符结合性的制约,以便确定是自左向右进行运算还是自右向左进行运算。这种结合性是其它高级语言的运算符所没有的,因此也增加了C/C++语言的复杂性。


/C++语言的运算符可分为以下几类:

1.      算术运算符:用于各类数值运算。包括加(+)、减(-)、乘(*)、除(/)、求余(或称模运算,%)、自增(++)、自减(--)共七种。

2.      关系运算符:用于比较运算。包括大于(>)、小于(<)、等于(==)大于等于(>=)、小于等于(<=)和不等于(!=)六种。

3.      逻辑运算符:用于逻辑运算。包括与(&&)、或(||)、非(!)三种。

4.      位操作运算符:参与运算的量,按二进制位进行运算。包括位与(&)、位或(|)、位非(~)、位异或(^)、左移(<<)、右移(>>)六种。

5.      赋值运算符:用于赋值运算,分为简单赋值(=)、复合算术赋值(+=,-=,*=,/=,%=)和复合位运算赋值(&=,|=,^=,>>=,<<=)三类共十一种。

6.      条件运算符:这是一个三目运算符,用于条件求值(?:)

7.      逗号运算符:用于把若干表达式组合成一个表达式()

8.      指针运算符:用于取内容(*)和取地址(&)二种运算。

9.      求字节数运算符:用于计算数据类型所占的字节数(sizeof)

10.   特殊运算符:有括号(),下标[],成员(→,.)等几种。

C++运算符:

优先级

操作符

功能

结合性

1

( )

改变优先级

从左至右

::

作用域运算符

[ ]

数组下标

.、->

成员选择符

2

单目

++、--

增1减1运算符

从右至左

&

取地址

*

取内容

!

逻辑求反

~

按位求反

+、 -

取正数、负数

( )

强制类型转换

sizeof

取所占内存字节数

new、delete

动态存储分配

3

*、/、%

乘法、除法、取余

从左至右

4

+、-

加法、减法

5

<< 、>>

左移位、右移位

6

< 、 =、 >、 >=

小于、小于等于、大于、大于等于

7

==、!=

相等、不等

8

&

按位与

9

^

按位异或

10

|

按位或

11

&&

逻辑与

12

||

逻辑或

13

? :

条件运算符

从右至左

14

=、+=、-=、*=

/=、%=、&=,^=

|=、<<=、>>=

赋值运算符

从右至左

15

逗号运算符

从左至右



表达式是由常量、变量、函数和运算符组合起来的式子。一个表达式有一个值及其类型,它们等于计算表达式所得结果的值和类型。表达式求值按运算符的优先级和结合性规定的顺序进行。单个的常量、变量、函数可以看作是表达式的特例。

算术表达式:用算术运算符和括号将运算对象(也称操作数)连接起来的、符合C语法规则的式子。

以下是算术表达式的例子:

a+b

(a*2)c

(x+r)*8-(a+b)7

++I

sin(x)+sin(y)

(++i)-(j++)+(k--)

运算符的优先级:C/C++语言中,运算符的运算优先级共分为15级。1级最高,15级最低。在表达式中,优先级较高的先于优先级较低的进行运算。而在一个运算量两侧的运算符优先级相同时,则按运算符的结合性所规定的结合方向处理。

运算符的结合性:C/C++语言中各运算符的结合性分为两种,即左结合性(自左至右)和右结合性(自右至左)。例如算术运算符的结合性是自左至右,即先左后右。如有表达式x-y+zy应先与“-”号结合,执行x-y运算,然后再执行+z的运算。这种自左至右的结合方向就称为“左结合性”。而自右至左的结合方向称为“右结合性”。最典型的右结合性运算符是赋值运算符。如x=y=z,由于“=”的右结合性,应先执行y=z再执行x=(y=z)运算。C/C++语言运算符中有不少为右结合性,应注意区别,以避免理解错误。

 一般而言,单目运算符优先级较高,赋值运算符优先级低。算术运算符优先级较高,关系和逻辑运算符优先级较低。多数运算符具有左结合性,单目运算符、三目运算符、赋值运算符具有右结合性。

表达式之间的混合运算:如果有一个数据是float或者double型,则另一数据都要先转化为float或者double型。如果参加运算的两个数据中最高级别为long型,另一数据必须转化为long型。上述的类型转换由系统自动完成。

1. 算术运算符

加法运算符“+”:加法运算符为双目运算符,即应有两个量参与加法运算。如a+b,4+8等。具有右结合性。

减法运算符“-”:减法运算符为双目运算符。但“-”也可作负值运算符,此时为单目运算,如-x,-5等具有左结合性。

 乘法运算符“*”:双目运算,具有左结合性。

 除法运算符“/”:双目运算具有左结合性。参与运算量均为整型时,结果也为整型,舍去小数。如果运算量中有一个是实型,则结果为双精度实型。如果除数或者被除数中有一个负值,则舍入的方向是不对的。多数编译系统(包括VC++6.0)采取的是“向零取整”的方法,取整后向零靠齐。

模运算符"%":亦称为求余运算符,%两侧均为整型数据。

C++在运算时对所有float型数据都按double类型处理。

2.  强制类型转换运算符

其一般形式为:

    (类型说明符(表达式)

其功能是把表达式的运算结果强制转换成类型说明符所表示的类型。

例如:

    (float) a      a转换为实型

    (int)(x+y)     x+y的结果转换为整型

C++还增加了以下形式:

类型名(表达式)

3. 自增、自减运算符

自增1,自减1运算符:自增1运算符记为“++”,其功能是使变量的值自增1

自减1运算符记为“--”,其功能是使变量值自减1

自增1,自减1运算符均为单目运算,都具有右结合性。可有以下几种形式:

       ++i    i自增1后再参与其它运算。

       --i    i自减1后再参与其它运算。

       i++    i参与运算后,i的值再自增1

       i--    i参与运算后,i的值再自减1

在理解和使用上容易出错的是i++i--特别是当它们出在较复杂的表达式或语句中时,常常难于弄清,因此应仔细分析。

(1)自增运算符或者自减运算符只能用于变量,而不能用于常量或者表达式;

(2)++和--的结合方向是自右向左;

(3)++和--使用灵活,但有时可能出现歧义性。

【例4.1】

int i=3;

cout<<i++<<" "<<i++;

结果不是“3 4”,实际输出的是“4 3”。因为许多编译系统(包括VC++6.0)在处理输出流时,先按自右向左的顺序对各输出项求值,最先处理处理的是右边的i++,得到输出的值为3,然后i再自加1变成4,再处理左边的i++,得到输出的值为4,然后i再自增1变为5,最后将4和3输出。

4.  赋值运算符和赋值表达式

4.1 赋值运算符

简单赋值运算符和表达式:简单赋值运算符记为“=”。由“= ”连接的式子称为赋值表达式。其一般形式为:

变量=表达式

例如:

    x=a+b

    w=sin(a)+sin(b)

y=i+++--j

赋值表达式的功能是计算表达式的值再赋予左边的变量。赋值运算符具有右结合性。因此

    a=b=c=5

可理解为

        a=(b=(c=5))

在其它高级语言中,赋值构成了一个语句,称为赋值语句。而在C中,把“=”定义为运算符,从而组成赋值表达式。凡是表达式可以出现的地方均可出现赋值表达式。

例如,式子:

x=(a=5)+(b=8)

是合法的。它的意义是把5赋予a8赋予b,再把a,b相加,和赋予x,故x应等于13

在C语言中也可以组成赋值语句,按照C语言规定,任何表达式在其未尾加上分号就构成为语句。因此如

x=8;a=b=c=5

都是赋值语句,在前面各例中我们已大量使用过了。

4.2.  赋值过程中的类型转换

如果赋值运算符两边的数据类型不相同,系统将自动进行类型转换,即把赋值号右边的类型换成左边的类型。具体规定如下:

(1) 实型赋予整型,舍去小数部分。前面的例子已经说明了这种情况。

(2) 整型赋予实型,数值不变,但将以浮点形式存放,即增加小数部分(小数部分的值为0)

(3) 字符型赋予整型,由于字符型为一个字节,而整型为四个字节,故将字符的ASCII码值放到整型量的低八位中,高八位为0。整型赋予字符型,只把低八位赋予字符量。

(4)double型数据赋给float型数据,注意数值范围不要溢出。

(5)int,short,long类型数据赋给char型变量,只将其最低8位原封不动地送到char型变量(发生截断)。

(6)signed型数据赋给长度相同的unsigned型变量,将存储单位内容原样照搬(连原有的符号位也作为数值一起传送)。

不同数据类型赋值的原则:按存储单元的存储形式直接传送。

4.3 复合的赋值运算符

在赋值符“=”之前加上其它二目运算符可构成复合赋值符。如+=,-=,*=,=,%=,<<=,>>=,&=,^=,|=

构成复合赋值表达式的一般形式为:

变量  双目运算符=表达式

它等效于

变量=变量运算符表达式

例如:

    a+=5     等价于a=a+5

    x*=y+7   等价于x=x*(y+7)

    r%=p     等价于r=r%p

复合赋值符这种写法,对初学者可能不习惯,但十分有利于编译处理,能提高编译效率并产生质量较高的目标代码。

4.4 赋值表达式

由赋值运算符将一个变量和一个表达式连接起来的式子称为赋值表达式。一般形式:

变量=表达式

左值只能是变量,右值可以是变量或者表达式。

5. 逗号运算符

 在C语言中逗号“,”也是一种运算符,称为逗号运算符。其功能是把两个表达式连接起来组成一个表达式,称为逗号表达式。

其一般形式为:

表达式1,表达式2

其求值过程是分别求两个表达式的值,并以表达式2的值作为整个逗号表达式的值。


1)   逗号表达式一般形式中的表达式1和表达式2 也可以又是逗号表达式。

例如:

           表达式1(表达式2,表达式3)

形成了嵌套情形。因此可以把逗号表达式扩展为以下形式:

           表达式1,表达式2,…表达式n

整个逗号表达式的值等于表达式n的值。

2)   程序中使用逗号表达式,通常是要分别求逗号表达式内各表达式的值,并不一定要求整个逗号表达式的值。

并不是在所有出现逗号的地方都组成逗号表达式,如在变量说明中,函数参数表中逗号只是用作各变量之间的间隔符。

6. 关系运算符和关系表达式

在C语言中有以下关系运算符:

1)   <   小于

2)   <=  小于或等于

3)   >   大于

4)   >=  大于或等于

5)   ==  等于

6)   !=  不等于

关系运算符都是双目运算符,其结合性均为左结合。关系运算符的优先级低于算术运算符,高于赋值运算符。在六个关系运算符中,<,<=,>,>=的优先级相同,高于==和!=,==和!=的优先级相同。

关系表达式的一般形式为:

   表达式 关系运算符  表达式

例如:

a+b>c-d

x>3/2

‘a’+1<c

-i-5*j==k+1

都是合法的关系表达式。由于表达式也可以又是关系表达式。 因此也允许出现嵌套的情况。例如:

a>(b>c)

a!=(c==d)

等。

关系表达式的值是真”和“假”,用“1”和“0”表示。

如:

  5>0的值为“真”,即为1。

(a=3)>(b=5)由于3>5不成立,故其值为假,即为0。

7. 逻辑运算符

C/C++语言中提供了三种逻辑运算符:

1)   &&  与运算

2)   ||  或运算

3)   !   非运算

与运算符&&和或运算符||均为双目运算符。具有左结合性。非运算符!为单目运算符,具有右结合性。

7.1 逻辑运算符的求值规则

逻辑运算的值也为“真”和“假”两种,用“1”和“0 ”来表示。其求值规则如下:

1.  与运算 &&:参与运算的两个量都为真时,结果才为真,否则为假。

例如:

5>0 && 4>2

由于5>0为真,4>2也为真,相与的结果也为真。

2.  或运算||:参与运算的两个量只要有一个为真,结果就为真。 两个量都为假时,结果为假。

例如:

5>0||5>8

由于5>0为真,相或的结果也就为真。

3.  非运算!:参与运算量为真时,结果为假;参与运算量为假时,结果为真。

例如:

!(5>0)

的结果为假。

虽然C编译在给出逻辑运算值时,以“1”代表“真”,“0 ”代表“假”。但反过来在判断一个量是为“真”还是为“假”时,以“0”代表“假”,以非“0”的数值作为“真”。例如:

由于5和3均为非“0”因此5&&3的值为“真”,即为1。

又如:

5||0的值为“真”,即为1。

7.2 逻辑表达式

逻辑表达式的一般形式为:

    表达式  逻辑运算符  表达式

其中的表达式可以又是逻辑表达式,从而组成了嵌套的情形。

例如:

    (a&&b)&&c

根据逻辑运算符的左结合性,上式也可写为:

    a&&b&&c

逻辑表达式的值是式中各种逻辑运算的最后值,以“1”和“0”分别代表“真”和“假”。

【例4.2】

main(){

   char c='k';

   int i=1,j=2,k=3;

   float x=3e+5,y=0.85;

   printf("%d,%d\n",!x*!y,!!!x);

   printf("%d,%d\n",x||i&&j-3,i<j&&x<y);

   printf("%d,%d\n",i==5&&c&&(j=8),x+y||i+j+k);

}

7.3 逻辑常量与逻辑变量

(1)C++语言增加了逻辑型数据,类型标识符为bool,它的值只能为true或者false。设立逻辑类型的目的是让程序直观易懂。

(2)逻辑型变量在内存中占一个字节,用来存放0或1。

(3)true的值为1,false的值为0. 逻辑型数据可以与数值型数据进行算术运算。

(4)将一个非零的整数赋给逻辑型变量,则按“真”处理。



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