第10讲：操作符详解——掌握C语言的“运算密码”
🧰 第10讲：操作符详解——掌握C语言的“运算密码” 🔐
适合已掌握基本语法的你，深入理解操作符背后的二进制世界！
📚 目录
- 操作符分类总览 🗂️
- 进制与转换：二进制的奥秘 🔢
- 原码、反码、补码：计算机的“负数语言” 📝
- 移位操作符：<< 和 >> 的魔法 ✨
- 位操作符：&、|、^、~ 的位运算艺术 🎨
- 单目操作符回顾 🔍
- 逗号表达式：被低估的“顺序执行器” 💬
- 下标
[]与函数调用()操作符 🧩 - 结构成员访问：
.与->🏗️ - 操作符属性：优先级与结合性 ⚖️
- 表达式求值的“陷阱”与规则 🕳️
操作符分类总览 🗂️
| 类别 | 操作符 | 示例 |
|---|---|---|
| 算术 | +, -, *, /, % | 5 + 3 |
| 移位 | <<, >> | 8 << 1 |
| 位操作 | &, ` | , ^`, `~` |
| 赋值 | =, +=, -=, *=, /=, %= <<=, >>=, &=, ` | =, ^=` |
| 单目 | !, ++, --, &, *, +, -, ~, sizeof, (类型) | !flag, ++i |
| 关系 | >, >=, <, <=, ==, != | a > b |
| 逻辑 | &&, ` | |
| 条件 | ? : | a > b ? a : b |
| 逗号 | , | a=1, b=2, c=3 |
| 下标 | [] | arr[0] |
| 函数调用 | () | func() |
| 结构成员 | ., -> | s.name, ptr->age |
📌 本讲重点：深入讲解移位、位操作、结构体、优先级、表达式求值等底层机制。
进制与转换：二进制的奥秘 🔢
🌍 什么是进制？
- 进制是数值的不同表示形式。
- 常见进制：2进制（0,1）、8进制（0-7）、10进制（0-9）、16进制（0-9, a-f）
✅ 示例：数值15的表示
| 进制 | 表示 | 前缀 |
|---|---|---|
| 二进制 | 1111 | - |
| 八进制 | 17 | 0 |
| 十进制 | 15 | - |
| 十六进制 | F | 0x |
🔁 二进制 ↔ 十进制转换
🔄 2进制 → 10进制
方法：按权展开，从右到左，权重为 2^0, 2^1, 2^2, ...
二进制: 1101= 1×2³ + 1×2² + 0×2¹ + 1×2⁰= 8 + 4 + 0 + 1 = 13
🔁 10进制 → 2进制
方法：除2取余，逆序排列
13 ÷ 2 = 6 余 1
6 ÷ 2 = 3 余 0
3 ÷ 2 = 1 余 1
1 ÷ 2 = 0 余 1
→ 二进制: 1101
🔀 2进制 ↔ 8进制 / 16进制
🔄 2进制 → 8进制
- 规则：每3位二进制 → 1位八进制（从右向左）
二进制: 011 010 113 2 3
→ 八进制: 0323
🔄 2进制 → 16进制
- 规则：每4位二进制 → 1位十六进制
二进制: 0110 10116 b
→ 十六进制: 0x6b
原码、反码、补码：计算机的“负数语言” 📝
计算机中整数以补码形式存储！
| 类型 | 符号位 | 数值位 |
|---|---|---|
| 原码 | 0正1负 | 直接二进制 |
| 反码 | 不变 | 原码取反 |
| 补码 | 不变 | 反码 + 1 |
🧮 示例：-3 的表示（8位）
原码: 10000011
反码: 11111100
补码: 11111101
✅ 正数：原、反、补码相同
✅ 存储：内存中存放的是补码
移位操作符：<< 和 >> 的魔法 ✨
只能用于整数！
⬅️ 左移 <<
- 规则：左边丢弃，右边补0
- 效果：
num << n≈num * 2^n
int num = 10; // 1010
int n = num << 1; // 10100 = 20
➡️ 右移 >>
- 逻辑右移：左边补0（无符号数）
- 算术右移：左边补符号位（有符号数）
int num = 10; // 1010
int n = num >> 1; // 101 = 5
⚠️ 警告
- 禁止移位负数位：
num >> -1→ 未定义行为！
位操作符：&、|、^、~ 的位运算艺术 🎨
操作数必须是整数！
| 操作符 | 名称 | 规则 |
|---|---|---|
& | 按位与 | 同1为1 |
| ` | ` | 按位或 |
^ | 按位异或 | 不同为1 |
~ | 按位取反 | 0变1，1变0 |
💡 实战案例
🔄 交换两个数（不使用临时变量）
int a = 10, b = 20;
a = a ^ b;
b = a ^ b; // b = (a^b)^b = a
a = a ^ b; // a = (a^b)^a = b
📊 统计二进制中1的个数
// 方法1：循环32次
int count = 0;
for (int i = 0; i < 32; i++) {if (num & (1 << i)) count++;
}// 方法2：优化版（推荐）
int count = 0;
while (num) {count++;num &= (num - 1); // 消除最右边的1
}
🔧 二进制位置0或置1
int a = 13; // 1101
a |= (1 << 4); // 第5位置1 → 11101
a &= ~(1 << 4); // 第5位置0 → 1101
单目操作符回顾 🔍
| 操作符 | 说明 |
|---|---|
! | 逻辑非 |
++, -- | 自增/自减 |
& | 取地址（指针部分讲解） |
* | 解引用（指针部分讲解） |
+, - | 正负号 |
~ | 按位取反 |
sizeof | 计算大小（字节） |
(类型) | 强制类型转换 |
逗号表达式：被低估的“顺序执行器” 💬
格式：exp1, exp2, ..., expN
规则：从左到右执行，结果为最后一个表达式的值。
int c = (a=1, b=2, a+b); // c = 3
🔄 实际应用：简化循环
// 传统写法
a = get_val();
count_val(a);
while (a > 0) {// 处理a = get_val();count_val(a);
}// 逗号表达式写法
while (a = get_val(), count_val(a), a > 0) {// 处理
}
下标 [] 与函数调用 () 操作符 🧩
🧱 [] 下标访问
- 操作数：数组名 + 索引
- 等价：
arr[i]⇔*(arr + i)
int arr[10];
arr[9] = 10; // 使用下标操作符
🧩 () 函数调用
- 操作数：函数名 + 参数列表
void test(const char *str) {printf("%s\n", str);
}
test("hello"); // () 是函数调用操作符
结构成员访问：. 与 -> 🏗️
🏗️ 结构体定义
struct Stu {char name[20];int age;char id[20];
};
✅ 成员访问
| 操作符 | 用法 | 场景 |
|---|---|---|
. | s.name | 结构体变量 |
-> | ptr->name | 结构体指针 |
struct Stu s = {"zhangsan", 20};
struct Stu *ptr = &s;printf("%s\n", s.name); // .
printf("%d\n", ptr->age); // ->
📌 更多结构体知识见第19讲。
操作符属性：优先级与结合性 ⚖️
决定表达式求值顺序的两大法则！
🔝 10.1 优先级
- 优先级高的操作符先执行。
3 + 4 * 5; // 先算 4*5，因为 * 优先级 > +
↔️ 10.2 结合性
- 优先级相同时，按结合性决定顺序。
| 类别 | 例子 | 执行顺序 |
|---|---|---|
| 左结合 | 5 * 6 / 2 | (5*6)/2 |
| 右结合 | a = b = 5 | a=(b=5) |
📊 常见操作符优先级（从高到低）
1. () // 圆括号
2. ++ -- // 自增/自减
3. + - ~ ! // 单目
4. * / % // 算术
5. + - // 算术
6. < <= > >= // 关系
7. == != // 相等
8. & ^ | // 位操作
9. && || // 逻辑
10. ?: // 条件
11. = += -= // 赋值
12. , // 逗号
📌 建议：复杂表达式加括号明确优先级！
表达式求值的“陷阱”与规则 🕳️
🔼 11.1 整型提升（Integer Promotion）
- 规则：小于
int的类型（如char）在运算前会提升为int。 - 目的：CPU运算器通常以
int长度操作。
char a = 1, b = 2;
char c = a + b; // a,b 提升为int，相加后截断赋值
📌 提升规则
- 有符号：高位补符号位
- 无符号：高位补0
🔁 11.2 算术转换（Usual Arithmetic Conversion）
当操作数类型不同时，按以下顺序转换：
long double
double
float
unsigned long int
long int
unsigned int
int
原则：低类型 → 高类型
⚠️ 11.3 问题表达式解析
❌ 表达式1：a*b + c*d + e*f
*优先级高于+，但无法确定c*d和e*f谁先计算。- 结论：依赖编译器优化，但结果确定。
❌ 表达式2：c + --c
--优先级高，但无法确定c的取值时机。- 结果：未定义，有歧义 ❌
❌ 表达式3：i = i-- - --i * (i = -3) * i++ + ++i;
- 包含多个副作用（
++,--,=），求值顺序未定义。 - 不同编译器结果不同 → 非法表达式！
❌ 表达式4：answer = fun() - fun() * fun();
*优先级高，但三个fun()调用顺序不确定。- 副作用：静态变量
count的结果依赖调用顺序。
❌ 表达式5：ret = (++i) + (++i) + (++i);
- GCC 和 VS 结果不同！
- 原因：前置
++和+的执行顺序未由优先级决定。
✅ 学习收获总结
| 技能 | 掌握情况 |
|---|---|
| ✅ 理解二进制、八进制、十六进制转换 | ✔️ |
| ✅ 掌握原码、反码、补码表示 | ✔️ |
| ✅ 熟练使用移位和位操作符 | ✔️ |
| ✅ 理解结构体与成员访问 | ✔️ |
| ✅ 掌握操作符优先级与结合性 | ✔️ |
| ✅ 识别危险表达式，避免未定义行为 | ✔️ |
🎯 操作符是C语言的“底层语言”
你已经掌握了位运算、补码、表达式求值等核心知识，下一步就是深入指针的世界！💪🔥
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