C语言运算符与表达式

运算符是用于执行各种操作的符号，如加法、比较、逻辑判断等；表达式是由运算符和操作数组成的式子，每个表达式都有一个确定的值。 掌握C语言的运算符及其优先级、结合性，是编写正确程序的基础。本章将系统介绍C语言中所有运算符及其用法。

📚 运算符分类总览

C语言提供丰富的运算符，根据功能可分为以下几类：

• 算术运算符
• 关系运算符
• 逻辑运算符
• 位运算符
• 赋值运算符
• 条件运算符（三目运算符）
• 逗号运算符
• sizeof运算符
• 指针运算符（& 和 *）
• 其他（下标、函数调用等）

➕ 算术运算符

算术运算符用于执行基本的数学运算。

📝 示例代码

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 10, b = 3;
    printf("a + b = %d\n", a + b);
    printf("a - b = %d\n", a - b);
    printf("a * b = %d\n", a * b);
    printf("a / b = %d\n", a / b);      // 整数除法，结果为3
    printf("a %% b = %d\n", a % b);      // 取余，结果为1

    // 自增自减
    int x = 5;
    printf("x++ = %d\n", x++);  // 先使用x（5），再自增
    printf("现在 x = %d\n", x);
    printf("++x = %d\n", ++x);  // 先自增，再使用（x为7）
    return 0;
}

⚖️ 关系运算符

关系运算符用于比较两个值的大小关系，返回结果为1（真）或0（假）。

🔍 逻辑运算符

逻辑运算符用于组合多个条件，结果也为真（1）或假（0）。

📝 示例代码

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 5, b = 3, c = 8;
    printf("a > b && a < c: %d\n", (a > b) && (a < c));  // 1 (真)
    printf("a > b || a > c: %d\n", (a > b) || (a > c));  // 1 (真)
    printf("!(a > b): %d\n", !(a > b));                  // 0 (假)

    // 短路求值示例
    int x = 0;
    if (x && (++x > 0)) {   // 因为x为0，左边为假，右边表达式不会执行
        // 不会进入
    }
    printf("x = %d\n", x);  // 输出0，证明++x未执行
    return 0;
}

⚡ 位运算符

位运算符直接对整数的二进制位进行操作，是C语言底层操作的重要特性。

#include <stdio.h>

int main() {
    unsigned char a = 0b10101100;  // 172
    unsigned char b = 0b01101101;  // 109

    printf("a & b = %u\n", a & b);   // 00101100 = 44
    printf("a | b = %u\n", a | b);   // 11101101 = 237
    printf("a ^ b = %u\n", a ^ b);   // 11000001 = 193
    printf("~a = %u\n", (unsigned char)~a);  // 01010011 = 83

    unsigned char c = 0b00001010;   // 10
    printf("c << 2 = %u\n", c << 2); // 00101000 = 40
    printf("c >> 1 = %u\n", c >> 1); // 00000101 = 5
    return 0;
}

📝 赋值运算符

赋值运算符用于将右侧表达式的值赋给左侧变量。除了基本赋值=，C语言还提供复合赋值运算符。

❓ 条件运算符（三目运算符）

格式：表达式1 ? 表达式2 : 表达式3
如果表达式1为真，则整个表达式的值为表达式2的值，否则为表达式3的值。

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 10, b = 20;
    int max = (a > b) ? a : b;   // max = 20
    printf("较大值为: %d\n", max);

    // 可以嵌套使用
    int x = 5, y = 8, z = 3;
    int max3 = (x > y) ? ((x > z) ? x : z) : ((y > z) ? y : z);
    printf("三个数中的最大值: %d\n", max3);
    return 0;
}

📌 逗号运算符

逗号运算符,用于将多个表达式组合成一个表达式，整个表达式的值为最后一个表达式的值。

#include <stdio.h>

int main() {
    int a, b;
    a = (b = 3, b + 2);   // 先计算b=3，再计算b+2=5，然后将5赋给a
    printf("a = %d, b = %d\n", a, b);  // a=5, b=3

    // 常用于循环中
    for (int i = 0, j = 10; i < j; i++, j--) {
        printf("i=%d, j=%d\n", i, j);
    }
    return 0;
}

📏 sizeof运算符

sizeof是一个单目运算符，用于计算数据类型或变量所占内存的字节数，结果类型为size_t。

#include <stdio.h>

int main() {
    int a;
    printf("Size of int: %zu\n", sizeof(int));
    printf("Size of a: %zu\n", sizeof a);     // 括号可省略
    printf("Size of double: %zu\n", sizeof(double));
    printf("Size of array: %zu\n", sizeof(int[10]));  // 计算类型长度
    return 0;
}

📊 运算符优先级与结合性

当一个表达式中包含多个运算符时，优先级决定运算顺序，结合性决定相同优先级的运算符是从左向右还是从右向左计算。

🔄 类型转换

在表达式中，不同类型的操作数会进行类型转换，以保证运算的合法性。

• 隐式转换（自动类型提升）：较小的整数类型（char, short）在表达式中会自动转换为int；不同类型的混合运算中，较低精度会向较高精度转换（如int → long → unsigned long → float → double）。
• 显式转换（强制类型转换）：使用(类型)表达式强制转换，如(float)a / b。

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 10;
    float b = 3.14;
    double c = 2.718;

    // 隐式转换：a 转换为 float 与 b 运算，结果转为 double 再与 c 运算
    double result = a + b + c;

    // 强制转换：避免整数除法
    int x = 5, y = 2;
    float ratio = (float)x / y;   // 2.5 而不是 2
    printf("ratio = %f\n", ratio);

    return 0;
}

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运算符与表达式是C语言的核心组成部分。熟练运用各类运算符并理解优先级、结合性，能让你写出更简洁、高效的代码。 下一章将学习流程控制语句（if、switch、循环等），开始构建程序的逻辑结构。