03. 运算符与表达式
一、运算符与表达式
运算符 就是对字面量或者变量进行操作的符号；表达式 是指用运算符把字面量或者变量连接起来，符合 C++ 语法的式子。不同运算符连接的表达式体现的是不同类型的表达式；每个表达式都有一个值。要想获取这个值，必须根据运算符优先级的顺序来执行操作。
二、算数运算符
数字类型进行运算时，数据类型不一样是不能进行运算的，需要转换成一样的类型，才能运算；当容量小的数据类型的变量与容量大的数据类型的变量做运算时，结果自动提升为容量大的数据类型（此时的容量大小指的是，表示数的范围的大和小）。
| 算数运算符 | 运算 | 范例 | 结果 |
|---|---|---|---|
| + | 加 | 5 + 2 'a' + 5 |
7 'f' |
| - | 减 | 5 - 2 | 3 |
| * | 乘 | 5 * 2 | 10 |
| / | 除 | 5 / 2 5.0 / 2 |
2 2.5 |
| % | 取模（取余） | 5 % 2 | 1 |
#include <iostream>
using namespace std;
int main(void)
{
int a = 5;
int b = 2;
char ch = 'a';
double c = 5;
cout << a + b << endl; // 7
cout << a - b << endl; // 3
cout << a * b << endl; // 10
cout << a / b << endl; // 2
cout << a % b << endl; // 1
cout << c / b << endl; // 2.5
cout.put(ch + a); // f
return 0;
}
在代码中，如果有小数参与运算，其结果可能是不精确的；
当参与 / 运算的两个操作数都是整数时，表示整数除法；否则，表示浮点除法；
float 与 double 不能进行取余运算；
C99 规定 “趋零截断”，即，% 取模运算结果的正负与被模数一致，即：a % b 等价于 a - a/ b * b，取模结果的正负与 a 的正负一致；
当 字符+字符 或者 字符+数字 的时候，会把字符通过 ASCII码表 查询到对应的数字再进行计算；
三、自增自减运算符
++ 和 -- 即可以放在变量的前面，也可以放在变量的后面；++ 和 -- 无论是放在变量的前面还是后面，单独写一行的结果是一样；如果 前++ 和 前-- 参与运算的话，那 先用后加（减）；如果 后++ 和 后-- 参与运算的话，那 先加（减）后用；
| 自增自减运算符 | 运算 | 范例 | 结果 |
|---|---|---|---|
| ++ | 变量的值加1 | a = 2; b = ++a; a = 2;b = a++; |
a = 3; b = 3; a = 3; b = 2; |
| -- | 变量的值减1 | a = 2; b = --a; a = 2; b = a--; |
a = 1; b = 1; a = 1; b = 2; |
#include <iostream>
using namespace std;
int main(void)
{
int a = 2;
int b;
// 运算规则等价于 a=a+1; int b=a;
b = ++a;
cout << "前++" << endl;
cout << a << endl; // 3
cout << b << endl << endl; // 3
// 运算规则等价于 int b=a; a=a+1;
a = 2;
b = a++;
cout << "后++" << endl;
cout << a << endl; // 3
cout << b << endl << endl; // 2
// 运算规则等价于 a=a-1; int b=a;
a = 2;
b = --a;
cout << "前--" << endl;
cout << a << endl; // 1
cout << b << endl << endl; // 1
// 运算规则等价于 int b=a; a=a-1;
a = 2;
b = a--;
cout << "后--" << endl;
cout << a << endl; // 1
cout << b << endl << endl; // 2
return 0;
}
自增和自减运算符只能影响一个变量，或者说，只能影响一个可修改的左值；
四、赋值运算符
赋值运算符 用于将表达式的值赋值给变量。
| 赋值运算符 | 运算 | 示例 |
|---|---|---|
| = | 赋值 | a = 10 |
| += | 加后赋值 | a += b 等价于 a = a + b |
| -= | 减后赋值 | a -= b 等价于 a = a - b |
| *= | 乘后赋值 | a *= b 等价于 a = a * b |
| /= | 除后赋值 | a /= b 等价于 a = a / b |
| %= | 取余后赋值 | a %= b 等价于 a = a % b |
| <<= | 左移后赋值 | a <<= b 等价于 a = a << b |
| >>= | 右移后赋值 | a >>= 3 等价于 a = a >> b |
| &= | 按位与后赋值 | a &= b 等价于 a = a & b |
| |= | 按位或后赋值 | a| b 等价于 a = a | b |
| ^= | 按位异或后赋值 | a ^ b 等价于 a = a ^ b |
#include <iostream>
using namespace std;
int main(void)
{
int a = 10;
int b = 5;
a += b;
cout << a << endl; // 15
cout << b << endl<< endl; // 5
a = 10;
b = 5;
a -= b;
cout << a << endl; // 5
cout << b << endl<< endl; // 5
a = 10;
b = 5;
a *= b;
cout << a << endl; // 50
cout << b << endl<< endl; // 5
a = 10;
b = 5;
a /= b;
cout << a << endl; // 2
cout << b << endl<< endl; // 5
a = 10;
b = 5;
a %= b;
cout << a << endl; // 0
cout << b << endl<< endl; // 5
return 0;
}
五、关系运算符
关系运算符 也被称为 比较运算符；关系运算符 用于表达式的比较，并返回一个真值或假值。在 C语言 中，0 为假，非 0 为真。
| 关系运算符 | 运算 | 范例 | 结果 |
|---|---|---|---|
| == | 相等 | 4 == 3 | 0 |
| != | 不等于 | 4 != 3 | 1 |
| < | 小于 | 4 < 3 | 0 |
| > | 大于 | 4 > 3 | 1 |
| <= | 小于等于 | 4 <= 3 | 0 |
| >= | 大于等于 | 4 >= 3 | 1 |
#include <iostream>
using namespace std;
int main(void)
{
int a = 4;
int b = 3;
cout << (a == b) << endl; // 0
cout << (a != b) << endl; // 1
cout << (a < b) << endl; // 0
cout << (a <= b) << endl; // 0
cout << (a > b) << endl; // 1
cout << (a >= b) << endl; // 1
return 0;
}
六、逻辑运算符
逻辑运算符 用于根据表达式的值返回真值或假值。在 C++ 中，0 为假，非 0 为真。
| 逻辑运算符 | 功能 |
|---|---|
| && | 逻辑与，全真为真，有假为假 |
| || | 逻辑或，有真为真，全假为假 |
| ! | 逻辑非，非假为真，非真为假 |
运算结果：
| a | b | a && b | a|| b | !a |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
#include <iostream>
using namespace std;
int main(void)
{
int a = 1;
int b = 1;
int c = 0;
int d = 0;
// 逻辑与，两边都为真，结果才为真
cout << (a && b) << endl; // 1
cout << (a && c) << endl; // 0
cout << (c && d) << endl << endl; // 0
// 逻辑或，两边都为假，结果才为假
cout << (a || b) << endl; // 1
cout << (a || c) << endl; // 1
cout << (c || d) << endl << endl; // 0
// 逻辑非
cout << !a << endl; // 0
cout << !c << endl; // 1
return 0;
}
C++ 中，逻辑运算符还提供了另一种写法：and（与）、or（或） 和 not（非）。
#include <iostream>
using namespace std;
int main(void)
{
int a = 1;
int b = 1;
int c = 0;
int d = 0;
// 逻辑与，两边都为真，结果才为真
cout << (a and b) << endl; // 1
cout << (a and c) << endl; // 0
cout << (c and d) << endl << endl; // 0
// 逻辑或，两边都为假，结果才为假
cout << (a or b) << endl; // 1
cout << (a or c) << endl; // 1
cout << (c or d) << endl << endl; // 0
// 逻辑非
cout << not a << endl; // 0
cout << not c << endl; // 1
return 0;
}
短路与逻辑运算符 和 逻辑或运算符 具有短路效果，即当左边的表达式能确定最终结果时，那么右边就不会参与运算了；
- 逻辑与运算符；当符号左边是 true 时，&& 会执行右边的运算；当符号左边是 false 时，&& 不再执行符号右边的运算；
- 逻辑或运算符：当符号左边是 false 时，|| 会执行右边的运算；当符号左边是 true 时，|| 不再执行右边的运算；
#include <iostream>
using namespace std;
int main(void)
{
// 短路逻辑运算符具有短路效果
// 当左边的表达式能确定最终结果时，那么右边就不会参与运算了
int a = 10;
int b = 10;
int c;
c = (++a < 5) && (++b < 5);
cout << "(++a < 5) && (++b < 5): " << c << endl; // 0
cout << "a: " << a << endl; // a: 11
cout << "b: " << b << endl << endl; // b: 10
a = 10;
b = 10;
c = (++a > 5) || (++b > 5);
cout << "(++a > 5) || (++b > 5): " << c << endl; // 1
cout << "a: " << a << endl; // 11
cout << "b: " << b << endl << endl; // 10
return 0;
}
七、位运算符
位运算符是直接对整数的二进制进行的运算； 所有数字在计算机底层都以二进制形式执行；所有的整数值底层都以补码的方式存储；
- 正数：三码合一，符号位为 0；
- 负数：符号位为 1
- 原码：直接将数值转成二进制数，最高位是符号位；
- 反码：对原码按位取反，符号位不变；
- 补码：其反码加 1；
| 位运算符 | 运算 | 范例 |
|---|---|---|
| << | 左移，空位补0，被移除的高位舍弃 | 3 << 2 = 12 |
| >> | 右移，空位使用符号位填充，被移除的低位舍弃 | 3 >> 1 = 1 |
| & | 与运算，二进制位进行与运算，全1为1，有0为0 | 6 & 3 = 2 |
| | | 或运算，二进制位进行或运算，有1为1，全0为0 | 6| 3 = 7 |
| ^ | 异或运算，二进制位进行异或运算，相同为0，不同为1 | 6 ^ 3 = 5 |
| ~ | 按位取反，二进制位进行取反运算，非0为1，非1为0 | ~6 = -7 |
#include <iostream>
using namespace std;
int main(void)
{
cout << "3 << 2: " << (3 << 2) << endl; // 12
cout << "3 >> 1: " << (3 >> 1) << endl; // 1
cout << "-3 >> 1: " << (-3 >> 1) << endl; // -2
cout << "6 & 3: " << (6 & 3) << endl; // 2
cout << "6 | 3: " << (6 | 3) << endl; // 7
cout << "6 ^ 3: " << (6 ^ 3) << endl; // 5
cout << "~6: " << (~6) << endl; // -7
return 0;
}
<<：在一定范围内，每向左移一位，相当于乘以 2；
>>：在一定范围内，每向右移一位，相当于除以 2；
我们可以通过
x | (1 << (y - 1))的方式将第 y 位 置 1我们可以通过
x & (~(1 << (y-1)))的方式将第 y 位 清零
八、三元运算符
三元运算符的格式如下：
(条件表达式) ? 表达式1 : 表达式2;
它的执行流程如下：
- 三元运算符在执行时，会先对条件表达式进行求值判断
- 如果条件表达式结果为 1，运算后的结果是 表达式 1
- 如果条件表达式结果为 0，运算后的结果是 表达式 2
#include <iostream>
using namespace std;
int main(void)
{
int a = 10;
int b = 20;
// 使用三元运算符获取两个整数的较大值
cout << ((a > b) ? a : b) << endl; // 20
return 0;
}
三元运算符结果一定要使用，不能单独写在一行；
三元运算符的 表达式 1 和 表达式 2 为同种类型
三元运算符一定可以改成 if-else 语句，反之不成立；
如果程序既可以使用三元运算符又可以使用 if-else 语句，优先使用三元运算符；
九、逗号运算符
逗号表达式就是用逗号隔开的一串表达式，逗号表达式的特点是是从左向有依次计算的，整个表达式的结果是最后一个表达式的结果。
#include <iostream>
using namespace std;
int main(void)
{
int a = 0;
int b = 3;
int c = 5;
int d = (a=b+2, c=a-4 , b=c+2); // a=5,c=1,b=3
cout << d << endl; // 3
return 0;
}
十、sizeof运算符
sizeof 运算符以字节位单位带返回运算对象的大小。运算对象可以是具体的数据对象（如，变量名）或类型（如，int）如果运算对象是类型，则必须用圆括号将其括起来。
C++ 规定，sizeof 返回 size_t 类型的值。这时候一个无符号整数类型，但它不是新类型。在 C 头文件中，使用 typedef 把 size_t 作为 unsigned int 或 unsigned long 的别名。这样，在使用 size_t 类型时，编译器会根据不同的系统替换标准类型。
#include <iostream>
using namespace std;
int main(void)
{
char str[] = "hello world!";
cout << sizeof(char) << endl; // 1
cout << sizeof(short) << endl; // 2
cout << sizeof(int) << endl; // 4
cout << sizeof(long) << endl; // 4
cout << sizeof(long long) << endl; // 8
cout << sizeof(float) << endl; // 4
cout << sizeof(double) << endl; // 8
cout << sizeof(long double) << endl; // 16
cout << sizeof(str) << endl; // 13
cout << sizeof(10) << endl; // 4
cout << sizeof(3.14) << endl; // 8
return 0;
}
不同的操作系统环境下，使用 sizeof 运算符得到的结果可能不同；
sizeof 何时使用圆括号取决于运算对象是类型还是特定量；运算对象是类型时，圆括号必不可少，但是对于特定量，可有可无；
十一、运算符的优先级
我们可以使用小括号来提升运算符的优先级；
| 优先级 | 运算符 | 名称或含义 | 使用形式 | 结合方向 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | [] | 数组下标 | 数组名[常量表达式] | 左到右 | |
| () | 圆括号 | (表达式)/函数名(形参表) | |||
| . | 成员选择（对象） | 对象.成员名 | |||
| -> | 成员选择（指针） | 对象指针->成员名 | |||
| 2 | + | 正号运算符 | +表达式 | 右到左 | 单目运算符 |
| - | 负号运算符 | -表达式 | 单目运算符 | ||
| (类型) | 强制类型转换 | (数据类型)表达式 | |||
| ++ | 前置自增运算符 | ++变量名 | 单目运算符 | ||
| ++ | 后置自增运算符 | 变量名++ | 单目运算符 | ||
| -- | 前置自减运算符 | --变量名 | 单目运算符 | ||
| -- | 后置自减运算符 | 变量名-- | 单目运算符 | ||
| * | 取值运算符 | *指针变量 | 单目运算符 | ||
| & | 取地址运算符 | &变量名 | 单目运算符 | ||
| ! | 逻辑非运算符 | !表达式 | 单目运算符 | ||
| ~ | 按位取反运算符 | ~表达式 | 单目运算符 | ||
| sizeof | 长度运算符 | sizeof(表达式) | |||
| 3 | / | 除 | 表达式/表达式 | 左到右 | 双目运算符 |
| * | 乘 | 表达式*表达式 | 双目运算符 | ||
| % | 余数（取模） | 整型表达式/整型表达式 | 双目运算符 | ||
| 4 | + | 加 | 表达式+表达式 | 左到右 | 双目运算符 |
| - | 减 | 表达式-表达式 | 双目运算符 | ||
| 5 | << | 左移 | 变量<<表达式 | 左到右 | 双目运算符 |
| >> | 右移 | 变量>>表达式 | 双目运算符 | ||
| 6 | > | 大于 | 表达式>表达式 | 左到右 | 双目运算符 |
| >= | 大于等于 | 表达式>=表达式 | 双目运算符 | ||
| < | 小于 | 表达式<表达式 | 双目运算符 | ||
| <= | 小于等于 | 表达式<=表达式 | 双目运算符 | ||
| 7 | == | 等于 | 表达式==表达式 | 左到右 | 双目运算符 |
| != | 不等于 | 表达式!=表达式 | 双目运算符 | ||
| 8 | & | 按位与 | 表达式&表达式 | 左到右 | 双目运算符 |
| 9 | ^ | 按位异或 | 表达式^表达式 | 左到右 | 双目运算符 |
| 10 | | | 按位或 | 表达式|表达式 | 左到右 | 双目运算符 |
| 11 | && | 逻辑与 | 表达式&&表达式 | 左到右 | 双目运算符 |
| 12 | || | 逻辑或 | 表达式||表达式 | 左到右 | 双目运算符 |
| 13 | ?: | 条件运算符 | 表达式1?表达式2:表达式3 | 右到左 | 三目运算符 |
| 14 | = | 赋值运算符 | 变量=表达式 | 右到左 | |
| /= | 除后赋值 | 变量/=表达式 | |||
| *= | 乘后赋值 | 变量*=表达式 | |||
| %= | 取模后赋值 | 变量%=表达式 | |||
| += | 加后赋值 | 变量+=表达式 | |||
| -= | 减后赋值 | 变量-=表达式 | |||
| <<= | 左移后赋值 | 变量<<=表达式 | |||
| >>= | 右移后赋值 | 变量>>=表达式 | |||
| &= | 按位与后赋值 | 变量&=表达式 | |||
| ^= | 按位异或后赋值 | 变量^=表达式 | |||
| |= | 按位或后赋值 | 变量|=表达式 | |||
| 15 | , | 逗号运算符 | 表达式,表达式,… | 左到右 | 从左向右顺序运算 |
