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C语言运算符和表达式

运算符是C语言中用于执行特定操作的符号，表达式则是由操作数和运算符组成的计算式。掌握各种运算符的使用方法和优先级是编写正确C程序的关键。本文将详细介绍C语言中的各类运算符及其应用。

算术运算符

算术运算符用于执行基本的数学运算。

基本算术运算符

运算符 描述 示例 结果
+ 加法 5 + 3 8
- 减法 5 - 3 2
* 乘法 5 * 3 15
/ 除法 10 / 3 3（整数除法）
% 取模（余数） 10 % 3 1 
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#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 10, b = 3;
    float x = 10.0, y = 3.0;
    
    printf("整数运算:\n");
    printf("%d + %d = %d\n", a, b, a + b);
    printf("%d - %d = %d\n", a, b, a - b);
    printf("%d * %d = %d\n", a, b, a * b);
    printf("%d / %d = %d\n", a, b, a / b);  // 整数除法
    printf("%d %% %d = %d\n", a, b, a % b);
    
    printf("\n浮点数运算:\n");
    printf("%.1f / %.1f = %.2f\n", x, y, x / y);  // 浮点除法
    
    return 0;
}

注意事项

  1. 整数除法：两个整数相除结果为整数，小数部分被截断
  2. 取模运算：只能用于整数，不能用于浮点数
  3. 除零错误：除数不能为零，否则程序会崩溃

赋值运算符

基本赋值运算符

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int x = 10;  // 将10赋值给x

复合赋值运算符

运算符 等价形式 描述
+= x = x + y 加法赋值
-= x = x - y 减法赋值
*= x = x * y 乘法赋值
/= x = x / y 除法赋值
%= x = x % y 取模赋值 
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int x = 10;

x += 5;   // x = x + 5, 结果：x = 15
x -= 3;   // x = x - 3, 结果：x = 12
x *= 2;   // x = x * 2, 结果：x = 24
x /= 4;   // x = x / 4, 结果：x = 6
x %= 4;   // x = x % 4, 结果：x = 2

printf("最终结果：%d\n", x);

自增和自减运算符

前缀和后缀形式

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int a = 5, b = 5;
int result1, result2;

// 前缀自增：先增加，后使用
result1 = ++a;  // a先变成6，然后赋值给result1
printf("前缀自增：a = %d, result1 = %d\n", a, result1);

// 后缀自增：先使用，后增加
result2 = b++;  // b的值5先赋给result2，然后b变成6
printf("后缀自增：b = %d, result2 = %d\n", b, result2);

// 自减运算符类似
int c = 10;
printf("前缀自减：%d\n", --c);  // 输出9，c变成9
printf("后缀自减：%d\n", c--);  // 输出9，然后c变成8
printf("最终c的值：%d\n", c);   // 输出8

比较运算符

比较运算符用于比较两个值，返回1（真）或0（假）。

运算符 描述 示例
== 等于 a == b
!= 不等于 a != b
> 大于 a > b
< 小于 a < b
>= 大于等于 a >= b
<= 小于等于 a <= b 
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int a = 10, b = 20;

printf("比较运算结果：\n");
printf("%d == %d: %d\n", a, b, a == b);  // 0 (假)
printf("%d != %d: %d\n", a, b, a != b);  // 1 (真)
printf("%d > %d: %d\n", a, b, a > b);    // 0 (假)
printf("%d < %d: %d\n", a, b, a < b);    // 1 (真)
printf("%d >= %d: %d\n", a, b, a >= b);  // 0 (假)
printf("%d <= %d: %d\n", a, b, a <= b);  // 1 (真)

逻辑运算符

逻辑运算符用于组合或修改布尔表达式。

运算符 描述 示例
&& 逻辑与 a && b
|| 逻辑或 a || b
! 逻辑非 !a 
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int a = 1, b = 0;  // 1表示真，0表示假

printf("逻辑运算结果：\n");
printf("%d && %d = %d\n", a, b, a && b);  // 0 (假)
printf("%d || %d = %d\n", a, b, a || b);  // 1 (真)
printf("!%d = %d\n", a, !a);              // 0 (假)
printf("!%d = %d\n", b, !b);              // 1 (真)

// 实际应用示例
int age = 20;
int has_license = 1;

if (age >= 18 && has_license) {
    printf("可以开车\n");
} else {
    printf("不能开车\n");
}

短路求值

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int x = 0;
int y = 5;

// 逻辑与的短路求值
if (x != 0 && y / x > 2) {  // 由于x != 0为假，不会执行y / x
    printf("条件成立\n");
} else {
    printf("条件不成立\n");
}

// 逻辑或的短路求值
if (x == 0 || y / x > 2) {  // 由于x == 0为真，不会执行y / x
    printf("至少一个条件成立\n");
}

位运算符

位运算符对整数的二进制位进行操作。

运算符 描述 示例
& 按位与 a & b
| 按位或 a | b
^ 按位异或 a ^ b
~ 按位取反 ~a
<< 左移 a << 2
>> 右移 a >> 2 
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int a = 12;  // 二进制：1100
int b = 10;  // 二进制：1010

printf("位运算结果：\n");
printf("%d & %d = %d\n", a, b, a & b);    // 8 (1000)
printf("%d | %d = %d\n", a, b, a | b);    // 14 (1110)
printf("%d ^ %d = %d\n", a, b, a ^ b);    // 6 (0110)
printf("~%d = %d\n", a, ~a);              // -13
printf("%d << 1 = %d\n", a, a << 1);      // 24 (左移1位)
printf("%d >> 1 = %d\n", a, a >> 1);      // 6 (右移1位)

其他运算符

条件运算符（三元运算符）

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// 语法：条件 ? 表达式1 : 表达式2
int a = 10, b = 20;
int max = (a > b) ? a : b;
printf("较大值：%d\n", max);

// 等价于
int max2;
if (a > b) {
    max2 = a;
} else {
    max2 = b;
}

sizeof运算符

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int x = 10;
float y = 3.14f;
char z = 'A';

printf("sizeof运算符：\n");
printf("sizeof(int) = %zu\n", sizeof(int));
printf("sizeof(x) = %zu\n", sizeof(x));
printf("sizeof(float) = %zu\n", sizeof(float));
printf("sizeof(y) = %zu\n", sizeof(y));
printf("sizeof(char) = %zu\n", sizeof(char));
printf("sizeof(z) = %zu\n", sizeof(z));

运算符优先级

运算符优先级决定了表达式中运算的执行顺序。

优先级 运算符 结合性
1 () [] -> . 左到右
2 ! ~ ++ – + - * & sizeof 右到左
3 * / % 左到右
4 + - 左到右
5 << >> 左到右
6 < <= > >= 左到右
7 == != 左到右
8 & 左到右
9 ^ 左到右
10 | 左到右
11 && 左到右
12 || 左到右
13 ?: 右到左
14 = += -= *= /= %= 右到左 
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// 优先级示例
int result = 2 + 3 * 4;        // 结果：14 (不是20)
int result2 = (2 + 3) * 4;     // 结果：20
int result3 = 10 > 5 && 3 < 7; // 结果：1 (真)

printf("优先级示例：\n");
printf("2 + 3 * 4 = %d\n", result);
printf("(2 + 3) * 4 = %d\n", result2);
printf("10 > 5 && 3 < 7 = %d\n", result3);

表达式求值

复杂表达式示例

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#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 5, b = 10, c = 15;
    int result;
    
    // 复杂表达式
    result = a + b * c / 5 - 2;
    printf("a + b * c / 5 - 2 = %d\n", result);  // 33
    
    // 使用括号改变优先级
    result = (a + b) * c / (5 - 2);
    printf("(a + b) * c / (5 - 2) = %d\n", result);  // 75
    
    // 混合使用不同类型的运算符
    int x = 8, y = 3;
    int complex_result = (x > y) ? x * 2 + y : x / y;
    printf("条件表达式结果：%d\n", complex_result);  // 19
    
    return 0;
}

常见错误和注意事项

1. 赋值与比较的混淆

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int x = 5;

// 错误：使用赋值而不是比较
if (x = 10) {  // 这是赋值，不是比较！
    printf("这总是会执行\n");
}

// 正确：使用比较运算符
if (x == 10) {
    printf("x等于10\n");
}

2. 整数除法的陷阱

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int a = 5, b = 2;
float result1 = a / b;        // 结果：2.0 (整数除法)
float result2 = (float)a / b; // 结果：2.5 (浮点除法)

printf("整数除法：%.1f\n", result1);
printf("浮点除法：%.1f\n", result2);

3. 自增自减的副作用

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int i = 5;
int result = i++ + ++i;  // 未定义行为，避免这样使用

// 推荐的写法
i = 5;
int temp1 = i++;
int temp2 = ++i;
result = temp1 + temp2;

实践练习

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#include <stdio.h>

int main() {
    // 练习1：计算圆的面积和周长
    float radius = 5.0;
    float pi = 3.14159;
    float area = pi * radius * radius;
    float circumference = 2 * pi * radius;
    
    printf("半径为%.1f的圆：\n", radius);
    printf("面积：%.2f\n", area);
    printf("周长：%.2f\n", circumference);
    
    // 练习2：判断一个数是否为偶数
    int number = 42;
    int is_even = (number % 2 == 0);
    printf("%d是%s数\n", number, is_even ? "偶" : "奇");
    
    // 练习3：交换两个变量的值（不使用第三个变量）
    int x = 10, y = 20;
    printf("交换前：x = %d, y = %d\n", x, y);
    
    x = x + y;  // x = 30
    y = x - y;  // y = 10
    x = x - y;  // x = 20
    
    printf("交换后：x = %d, y = %d\n", x, y);
    
    return 0;
}

总结

运算符和表达式是C语言编程的核心组成部分。通过本文的学习，你应该掌握：

  1. 算术运算符：基本数学运算的实现
  2. 赋值运算符：变量值的设置和更新
  3. 比较运算符：条件判断的基础
  4. 逻辑运算符：复杂条件的组合
  5. 位运算符：底层数据操作
  6. 运算符优先级：表达式求值的规则

在实际编程中，要注意运算符的优先级，合理使用括号来明确表达式的含义，避免常见的错误如赋值与比较的混淆。掌握这些知识将为后续学习控制结构和函数打下坚实的基础。

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