运算符与表达式
——代码世界的数学法则与电子魔术
一、运算符的机器语言面孔
每个运算符都对应底层特定的机器指令，理解其本质能写出更高效的代码。
1. 算术运算符的二进制实现
int a = 10, b = 3;
// 加法 → ADD指令
int sum = a + b; // 0x0A + 0x03 = 0x0D
// 减法 → SUB指令
int diff = a - b; // 0x0A - 0x03 = 0x07
// 乘法 → MUL指令（消耗较多时钟周期）
int product = a * b; // 0x0A * 0x03 = 0x1E
// 除法 → DIV指令（注意符号处理）
int quotient = a / b; // 10/3=3（向零取整）
unsigned u_quot = 10 / 3; // 10/3=3（无符号除法）
底层特性：
- 整数除法不保留小数（直接截断）
- 有符号数使用补码运算，最高位为符号位
2. 位运算符的电子开关逻辑
unsigned char x = 0b10101010; // 170
unsigned char y = 0b11001100; // 204
// 按位与 → AND指令（筛选特定位）
x & y = 0b10001000 // 136
// 按位或 → OR指令（合并位标记）
x | y = 0b11101110 // 238
// 异或 → XOR指令（找不同）
x ^ y = 0b01100110 // 102
// 左移 → SHL指令（快速乘2^n）
x << 2 = 0b1010101000 // 高位溢出后实际为0b10101000 (168)
// 右移 → SHR/SAR指令（无符号/有符号）
y >> 3 = 0b00011001 // 25（无符号右移）
3. 逻辑运算符的短路特性
int *ptr = NULL;
// 逻辑与（&&）短路：左操作数为假时跳过右操作数
if (ptr != NULL && *ptr > 0) {
// 安全访问：不会触发段错误
}
// 逻辑或（||）短路：左操作数为真时跳过右操作数
int flag = 1;
if (flag == 1 || printf("test")) {
// "test"永远不会被打印
}
二、优先级陷阱：代码的隐形杀手
1. 常见优先级排序（从高到低）
| 运算符 | 描述 |
|---|---|
() [] | 函数调用、数组访问 |
++ -- | 自增/自减（后缀） |
! ~ | 逻辑非、按位取反 |
* / % | 乘、除、取模 |
+ - | 加、减 |
<< >> | 位移 |
< <=等 | 关系运算符 |
== != | 相等判断 |
& | 按位与 |
^ | 按位异或 |
| | 按位或 |
&& | 逻辑与 |
|| | 逻辑或 |
?: | 三元条件运算符 |
= | 赋值 |
2. 经典坑点案例
// 案例1：位移 vs 加法
int a = 5 << 1 + 1; // 等价于5 << (1+1)=20，而非(5<<1)+1=11
// 案例2：位与 vs 相等判断
if (x & 0x0F == 0x0A) // 实际解析为x & (0x0F == 0x0A) → 永远为假
// 正确写法：if ((x & 0x0F) == 0x0A)
// 案例3：自增与解引用
int arr[] = {10,20};
int *p = arr;
int val = *p++; // val=10，p指向arr[1]（等价于*(p++)）
黄金法则：当优先级不明确时，多用括号！
三、类型转换：数据形态的变形记
1. 隐式类型转换（自动发生）
// 整型提升：char/short运算时自动转为int
char c1 = 100, c2 = 100;
int sum = c1 + c2; // char先转为int再相加
// 算术转换：不同类型混合运算时向高精度转换
double d = 3.14;
int i = 10;
double result = d + i; // i先转double再相加
// 赋值转换：右侧类型自动转为左侧类型
int num = 3.1415; // num=3（小数部分截断）
2. 强制类型转换（显式控制）
// 基本语法：(目标类型)表达式
float f = 1.618;
int n = (int)f; // n=1
// 指针类型转换（危险操作！）
int data = 0x12345678;
char *p = (char*)&data;
printf("%x", *p); // 输出78（小端模式下）
// 避免符号扩展问题
unsigned char uc = 0xFF;
int signed_val = (int)uc; // 255（无符号扩展）
int sign_extend = (signed char)uc; // -1（符号扩展）
四、避坑指南：7个血泪教训
-
浮点数判等陷阱
float f1 = 0.1 + 0.2; float f2 = 0.3; if (f1 == f2) { // 可能不成立！ // 应使用fabs(f1-f2) < 1e-6 } -
自增运算符的副作用
int i = 0; int j = i++ + i++; // 未定义行为！不同编译器结果不同 -
逻辑与位运算混淆
if (x & 0x01) // 检测最低位是否为1（正确） if (x && 0x01) // 等效于x != 0（可能非预期） -
移位越界灾难
int x = 1; x = x << 33; // 若int为32位，这是未定义行为！ -
无符号数减法黑洞
unsigned int a = 5, b = 10; int diff = a - b; // 结果是大正数（非-5）！ -
三元运算符类型不匹配
int x = 1; float y = x ? 3.14 : 0; // 正确 → y=3.14 float z = x ? 3.14 : 0; // 正确但可能警告，建议写成0.0 -
宏定义中的优先级灾难
#define SQUARE(x) x*x int val = SQUARE(2+3); // 展开为2+3*2+3=11
五、总结：运算符使用决策树
✅ 选择运算符时：
- 需要位级操作 → 用
&|<< - 需要逻辑判断 → 用
&&|| - 快速乘除2的幂 → 用位移运算
✅ 类型转换原则：
- 明确需要截断数据 → 用强制转换
- 混合类型运算 → 依赖隐式转换但需注意精度损失
🚫 绝对避免：
- 对浮点数使用位运算
- 在复杂表达式中依赖运算符优先级记忆
- 对有符号数进行位运算（除非完全理解符号位处理）
终极心法：当你写下a + b * c时，想象每个运算符都在发出机器指令的轰鸣声。理解这些底层细节，就是掌握C语言力量的钥匙！ ⚙️
