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C语言操作符详解：从基础到进阶

news 2025/7/29 12:29:43

在C语言中，操作符是构建表达式的基础，掌握各类操作符的用法、优先级及特性，对写出高效且正确的代码至关重要。本文将系统梳理C语言操作符的核心知识点，包含实例代码与详细解析，助你彻底搞懂操作符。

1. 操作符的分类

C语言操作符可按功能分为以下几类，清晰的分类有助于理解其特性：

类别	操作符
算术操作符	`+`、`-`、`*`、`/`、`%`
移位操作符	`<<`、`>>`
位操作符	`&`、`\|`、`^`、`~`
赋值操作符	`=`、`+=`、`-=`、`*=`、`/=`、`%=`、`<<=`、`>>=`、`&=`、`\|=`、`^=`
单目操作符	`!`、`++`、`--`、`&`、`*`、`+`、`-`、`~`、`sizeof`、`(类型)（强制类型转换）`
关系操作符	`>`、`>=`、`<`、`<=`、`==`、`!=`
逻辑操作符	`&&`、`\|\|`
条件操作符	`? :`
逗号表达式	`，`
下标引用	`[]`
函数调用	`()`
结构成员访问操作符	`.`、`->`

2. 二进制与进制转换

计算机底层使用二进制存储数据，掌握进制转换是理解位操作的基础。

2.1 二进制与十进制转换

二进制转十进制：按权重展开求和（权重为 $2^0, 2^1, 2^2,...$ ，从右向左）。
例：二进制1101转十进制：
$1×2^3 + 1×2^2 + 0×2^1 + 1×2^0 = 8 + 4 + 0 + 1 = 13$
十进制转二进制：除2取余，余数倒序排列。
例：十进制125转二进制：
125 ÷ 2 = 62 余1
62 ÷ 2 = 31 余0
31 ÷ 2 = 15 余1
15 ÷ 2 = 7 余1
7 ÷ 2 = 3 余1
3 ÷ 2 = 1 余1
1 ÷ 2 = 0 余1
结果：1111101

2.2 二进制与八/十六进制转换

二进制转八进制：从右向左每3位一组，不足补0，每组对应1个八进制数（0-7）。
例：二进制01101011 → 分组01 101 011 → 转换为八进制153（前缀0表示八进制）。
二进制转十六进制：从右向左每4位一组，不足补0，每组对应1个十六进制数（0-9, a-f）。
例：二进制01101011 → 分组0110 1011 → 转换为十六进制0x6b（前缀0x表示十六进制）。

3. 原码、反码、补码

整数在内存中以补码存储，原因是：统一符号位与数值位处理，简化加法运算（CPU仅需加法器）。

原码：直接表示符号位（0正1负）和数值位。
例：int a = 3 → 原码00000000 00000000 00000000 00000011
int b = -3 → 原码10000000 00000000 00000000 00000011
反码：原码符号位不变，数值位取反。
例：-3的反码11111111 11111111 11111111 11111100
补码：反码+1（负数补码）；正数原码=反码=补码。
例：-3的补码11111111 11111111 11111111 11111101

4. 移位操作符

移位操作符仅作用于整数，分为左移和右移。

4.1 左移操作符 `<<`

规则：左边丢弃，右边补0。
示例：

#include <stdio.h>
int main() {int num = 10; // 二进制：00000000 00000000 00000000 00001010int n = num << 1; // 左移1位：00000000 00000000 00000000 00010100 → 20printf("n = %d\n", n); // 输出：20printf("num = %d\n", num); // 输出：10（原变量不变）return 0;
}

4.2 右移操作符 `>>`

逻辑右移：左边补0，右边丢弃（无符号数）。
算术右移：左边补符号位，右边丢弃（有符号数，主流编译器采用）。

示例（算术右移）：

#include <stdio.h>
int main() {int num = -1; // 补码：11111111 11111111 11111111 11111111int n = num >> 1; // 算术右移1位：11111111 11111111 11111111 11111111 → 仍为-1printf("n = %d\n", n); // 输出：-1return 0;
}

⚠️ 注意：禁止移动负数位（如num >> -1，行为未定义）。

5. 位操作符

位操作符直接对二进制位进行操作，操作数为整数。

操作符	功能	示例（二进制）
`&`	按位与（同1则1）	1010 & 0111 = 0010
`\|`	按位或（有1则1）	1010 \| 0111 = 1111
`^`	按位异或（不同则1）	1010 ^ 0111 = 1101
`~`	按位取反（0变1，1变0）	~1010 = 0101（假设4位）

经典案例

不创建临时变量交换两数：

#include <stdio.h>
int main() {int a = 10, b = 20;a = a ^ b; // a = 10^20b = a ^ b; // b = (10^20)^20 = 10a = a ^ b; // a = (10^20)^10 = 20printf("a = %d, b = %d\n", a, b); // 输出：a=20, b=10return 0;
}

求二进制中1的个数：

// 方法3（最优）：每次消去最后一个1，循环次数=1的个数
#include <stdio.h>
int count_one(int num) {int count = 0;while (num) {num &= num - 1; // 消去最后一个1count++;}return count;
}
int main() {printf("%d\n", count_one(10)); // 1010 → 2个1 → 输出2return 0;
}

6. 单目操作符

单目操作符仅需一个操作数，重点如下：

操作符	功能	示例
`!`	逻辑非（真变假，假变真）	`!0 = 1`，`!5 = 0`
`++`	自增（前置先增后用，后置先用后增）	`int a=3; printf("%d", ++a); // 4`
`--`	自减（类似++）	`int a=3; printf("%d", a--); // 3`
`sizeof`	求类型/变量所占字节数	`sizeof(int) = 4`，`sizeof(a) = 4`（a为int）
`(类型)`	强制类型转换	`(int)3.14 = 3`

7. 逗号表达式

形式：exp1, exp2, ..., expN

执行顺序：从左到右依次执行。
结果：最后一个表达式的值。

示例：

#include <stdio.h>
int main() {int a = 1, b = 2;int c = (a > b, a = b + 10, a, b = a + 1); // 执行：a>b（假）→ a=12 → 取a=12 → b=13 → 结果c=13printf("c = %d\n", c); // 输出：13return 0;
}

8. 下标访问与函数调用

下标访问[]：操作数为数组名+索引，如arr[3]等价于*(arr+3)。

int arr[5] = {1,2,3,4,5};
printf("%d\n", arr[2]); // 输出：3（访问第3个元素）

函数调用()：操作数为函数名+参数列表。

#include <stdio.h>
void print_hello() {printf("Hello, C!\n");
}
int add(int a, int b) {return a + b;
}
int main() {print_hello(); // 函数调用，无参数printf("3+5 = %d\n", add(3, 5)); // 函数调用，有参数 → 输出8return 0;
}

9. 结构体成员访问

结构体成员访问有两种方式：

.：直接访问（结构体变量）。
->：间接访问（结构体指针）。

示例：

#include <stdio.h>
#include <string.h>// 定义学生结构体
struct Stu {char name[20];int age;
};int main() {struct Stu s = {"张三", 20}; // 结构体变量struct Stu* ps = &s; // 结构体指针// 访问成员printf("name: %s, age: %d\n", s.name, s.age); // .访问 → 张三, 20strcpy(ps->name, "李四"); // ->访问：修改姓名ps->age = 22; // ->访问：修改年龄printf("name: %s, age: %d\n", s.name, s.age); // 李四, 22return 0;
}

10. 操作符的优先级与结合性

表达式求值由优先级和结合性决定：

优先级：决定操作顺序（如*优先级高于+）。
例：3 + 4 * 5 → 先算4*5=20，再算3+20=23。
结合性：优先级相同时，左结合（从左到右）或右结合（从右到左，如赋值=）。
例：5 * 6 / 2 → 左结合，先算5*6=30，再算30/2=15。

优先级	运算符	描述	结合性
1	`++ --` `()` `[]` `.` `->` `(type){list}`	后缀自增与自减函数调用数组下标结构体与联合体成员访问结构体与联合体成员通过指针访问复合字面量(C99)	从左到右
2	`++ --` `+ -` `! ~` `(type)` `*` `&` `sizeof` `_Alignof`	前缀自增与自减[注 1] 一元加与减逻辑非与逐位非转型间接（解引用）取址取大小[注 2] 对齐要求(C11)	从右到左
3	`* / %`	乘法、除法及余数	从左到右
4	`+ -`	加法及减法
5	`<< >>`	逐位左移及右移
6	`< <=` `> >=`	分别为 < 与 ≤ 的关系运算符分别为 > 与 ≥ 的关系运算符
7	`== !=`	分别为 = 与 ≠ 关系
8	`&`	逐位与
9	`^`	逐位异或（排除或）
10	`单竖线`	逐位或（包含或）
11	`&&`	逻辑与
12	`双竖线`	逻辑或
13	`?:`	三元条件[注 3]	从右到左
14[注 4]	`=` `+= -=` `*= /= %=` `<<= >>=` `&= ^=	简单赋值以和及差赋值以积、商及余数赋值以逐位左移及右移赋值以逐位与、异或及或赋值
15	`,`	逗号	从左到右