C语言操作符全解：从基础到高级技巧
在C语言中，操作符是程序设计的核心工具之一。它们不仅能实现基本的数学运算和逻辑判断，还能进行复杂的内存操作和位级控制。本文将详细介绍C语言操作符的各个方面，包括操作符的分类、二进制和进制转换、原码反码补码、移位操作符、位操作符、单目操作符、逗号表达式、下标访问与函数调用、结构成员访问操作符，以及操作符的属性（优先级和结合性）和表达式求值。通过本文的学习，你将对C语言操作符有全面而深入的理解。
一、操作符的分类
C语言中的操作符可以分为以下几类：
1.1 算术操作符
算术操作符用于执行基本的数学运算，包括加法、减法、乘法、除法和取模：
-
+：加法 -
-：减法 -
*：乘法 -
/：除法 -
%：取模（求余数）
示例：
int a = 10;
int b = 3;
int sum = a + b; // 13
int diff = a - b; // 7
int product = a * b; // 30
int quotient = a / b; // 3
int remainder = a % b; // 11.2 移位操作符
移位操作符用于对整数的二进制表示进行左移或右移操作：
-
<<：左移 -
>>：右移
1.3 位操作符
位操作符用于对整数的二进制位进行逐位操作：
-
&：按位与 -
|：按位或 -
^：按位异或 -
~：按位取反
1.4 赋值操作符
赋值操作符用于将值赋给变量，包括简单赋值和复合赋值：
-
=：简单赋值 -
+=：加法赋值 -
-=：减法赋值 -
*=：乘法赋值 -
/=：除法赋值 -
%=：取模赋值 -
<<=：左移赋值 -
>>=：右移赋值 -
&=：按位与赋值 -
|=：按位或赋值 -
^=：按位异或赋值
1.5 单目操作符
单目操作符只作用于一个操作数：
-
!：逻辑非 -
++：自增 -
--：自减 -
&：取地址 -
*：解引用 -
sizeof：获取类型或变量的大小
1.6 关系操作符
关系操作符用于比较两个值的大小或是否相等：
-
>：大于 -
>=：大于等于 -
<：小于 -
<=：小于等于 -
==：等于 -
!=：不等于
1.7 逻辑操作符
逻辑操作符用于执行逻辑运算：
-
&&：逻辑与 -
||：逻辑或
1.8 条件操作符
条件操作符用于三元条件表达式：
-
?:：条件表达式
1.9 逗号操作符
逗号操作符用于将多个表达式组合在一起：
-
,：逗号表达式
1.10 其他特殊操作符
其他特殊操作符用于特定的语法结构：
-
[]：下标访问 -
()：函数调用 -
.：结构体成员访问（直接访问） -
->：结构体成员访问（通过指针）
二、二进制和进制转换
2.1 二进制表示
二进制是计算机内部使用的数制，每一位只能是0或1。在C语言中，二进制数可以用0b前缀表示（部分编译器支持）。
示例：
int a = 0b1010; // 二进制表示的102.2 八进制表示
八进制数每一位的取值范围是0到7，在C语言中，八进制数可以用0前缀表示。
示例：
int b = 012; // 八进制表示的102.3 十六进制表示
十六进制数每一位的取值范围是0到9和A到F（或a到f），在C语言中，十六进制数可以用0x前缀表示。
示例：
int c = 0x1A; // 十六进制表示的262.4 进制转换方法
-
十进制转二进制：除2取余法
int num = 13; // 转换为二进制：1101 -
二进制转十六进制：4位分组法
int binary = 0b11011010; // 转换为十六进制：0xDA
三、原码、反码、补码
3.1 原码
原码是最简单的二进制表示方法，最高位为符号位，其余位表示数值的绝对值。
示例：
-
+5的原码：00000101 -
-5的原码：10000101
3.2 反码
反码是原码的变种，符号位保持不变，其余位取反。
示例：
-
-5的反码：11111010
3.3 补码
补码是现代计算机中整数的标准表示方法，正数的补码与原码相同，负数的补码是其反码加1。
示例：
-
-5的补码：11111011
3.4 补码的重要性
补码的优点包括：
-
统一加减法运算
-
消除
+0和-0的歧义
四、移位操作符
4.1 左移（<<）
左移操作符将二进制数的位向左移动指定的位数，低位补0，高位丢弃。
示例：
int a = 5; // 二进制：00000101
int b = a << 2; // 二进制：00010100，结果为204.2 右移（>>）
右移操作符将二进制数的位向右移动指定的位数，移位方式取决于操作数的类型：
-
有符号数：算术右移，高位补符号位。
-
无符号数：逻辑右移，高位补0。
示例：
int c = -8; // 补码：11111000
int d = c >> 1; // 算术右移：11111100，结果为-4五、位操作符
5.1 按位与（&）
按位与操作符对两个操作数的每一位进行逻辑与操作，只有当两位都为1时，结果才为1。
示例：
int a = 0b1100; // 12
int b = 0b1010; // 10
int result = a & b; // 0b1000，结果为85.2 按位或（|）
按位或操作符对两个操作数的每一位进行逻辑或操作，只要有一位为1，结果就为1。
示例：
int a = 0b1100; // 12
int b = 0b1010; // 10
int result = a | b; // 0b1110，结果为145.3 按位异或（^）
按位异或操作符对两个操作数的每一位进行逻辑异或操作，只有当两位不同时，结果才为1。
示例：
int a = 0b1100; // 12
int b = 0b1010; // 10
int result = a ^ b; // 0b0110，结果为65.4 按位取反（~）
按位取反操作符对操作数的每一位进行取反操作，0变1，1变0。
示例：
int a = 0b0011; // 3
int result = ~a; // 0b1100，结果为-4（补码表示）六、单目操作符
6.1 逻辑非（!）
逻辑非操作符对操作数进行逻辑取反操作，0变1，非0变0。
示例：
int a = 0;
int b = 10;
int result1 = !a; // 1
int result2 = !b; // 06.2 自增（++）和自减（--）
自增和自减操作符用于将变量的值加1或减1。它们可以出现在变量的前面（前缀）或后面（后缀），这会影响操作的顺序。
示例：
int a = 5;
int b = ++a; // a先加1，再赋值给b，b=6
int c = a++; // a先赋值给c，再加1，c=66.3 取地址（&）和解引用（*）
取地址操作符&用于获取变量的地址，解引用操作符*用于通过指针访问变量的值。
示例：
int a = 10;
int *ptr = &a; // ptr存储a的地址
int value = *ptr; // value通过ptr获取a的值6.4 sizeof操作符
sizeof操作符用于获取变量或类型的大小（以字节为单位）。
示例：
int a;
printf("Size of int: %zu\n", sizeof(a)); // 输出int的大小
printf("Size of char: %zu\n", sizeof(char)); // 输出char的大小七、逗号表达式
逗号表达式用于将多个表达式组合在一起，表达式的值为最后一个表达式的值。
示例：
int a = (x = 5, y = 10, x + y); // a的值为15八、下标访问[]与函数调用()
8.1 下标访问（[]）
下标访问操作符[]用于访问数组中的元素，其内部通过指针运算实现。
示例：
int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int value = arr[2]; // 访问第3个元素，值为38.2 函数调用（()）
函数调用操作符()用于调用函数，将参数传递给函数并执行函数体。
示例：
int add(int a, int b) {
return a + b;
}
int result = add(3, 5); // 调用函数，结果为8九、结构成员访问操作符
9.1 直接访问（.）
直接访问操作符.用于访问结构体或联合体的成员。
示例：
struct Point {
int x;
int y;
};
struct Point p = {10, 20};
int x = p.x; // 访问结构体成员x9.2 间接访问（->）
间接访问操作符->用于通过指针访问结构体或联合体的成员。
示例：
struct Point *ptr = &p;
int y = ptr->y; // 通过指针访问结构体成员y十、操作符的属性：优先级、结合性
10.1 操作符优先级
操作符优先级决定了表达式中操作符的计算顺序。优先级高的操作符先计算，优先级低的操作符后计算。
C语言中部分操作符的优先级从高到低如下：
-
()、[]、.、-> -
!、~、++、--、(type) -
*、/、% -
+、- -
<<、>> -
<、<=、>、>= -
==、!= -
&、^、| -
&&、|| -
?:、=、+=、-=、*=、/=、%=、<<=、>>=、&=、|=、^=
10.2 结合性
结合性决定了同优先级操作符的计算顺序：
-
左结合性：从左到右计算，例如
a + b + c等价于(a + b) + c。 -
右结合性：从右到左计算，例如
a = b = c等价于a = (b = c)。
十一、表达式求值
11.1 求值规则
表达式的求值遵循操作符的优先级和结合性规则。编译器会根据这些规则确定表达式的计算顺序。
11.2 未定义行为
在某些情况下，表达式的求值顺序可能不明确，导致未定义行为。例如，修改同一个变量多次而没有明确的顺序时，可能会出现未定义行为。
示例：
int a = 0;
int result = a++ + ++a; // 未定义行为为了避免未定义行为，建议在表达式中明确操作顺序，或者将复杂的表达式拆分为多个简单的表达式。
总结
掌握C语言操作符是编写高效、健壮代码的基础。通过理解操作符的分类、二进制和进制转换、原码反码补码、移位操作符、位操作符、单目操作符、逗号表达式、下标访问与函数调用、结构成员访问操作符，以及操作符的优先级和结合性，你可以更灵活地使用C语言进行程序设计。同时，注意表达式求值中的潜在陷阱，避免未定义行为，确保代码的正确性。希望本文能帮助你深入理解C语言操作符，提升你的编程能力！