C语言基础知识手册(三)——预处理、运算符

文章目录

• 前言
• 1、预处理器
• •  1.1-预处理指令
  •  1.2-宏定义
  • •   1.2.1-带参宏
  •  1.3-条件编译
  • •   1.2.1-#if与#endif
    •   1.2.2-defined运算符
• 2、运算符
• •  2.1-算术运算符
  • •   2.1.1-普通算术运算符
    •   2.1.2-复合算术运算符
    •   2.1.3-复合赋值运算符
  •  2.2-关系运算符
  •  2.3-逻辑运算符
  •  2.4-位运算符
  • •   2.4.1-进制转换
    • •     转换过程：
    •   2.4.2-移位运算符
    •   2.4.3-按位运算符
  •  2.5-sizeof()运算符
  •  2.6-优先级
  •  2.7-三元运算符

前言

  本手册是在学习过C语言的情况下，复习C语言使用的。如果帮助到大家，实属荣幸，如果有不足之处也可以在评论中提出来，互相学习互相增长，谢谢。

1、预处理器

  预处理器其实是一个小软件，它可以在编译前处理C程序。而预处理器的行为都是有预处理指令控制的，我们前面接触到的头文件“#include……”就是一种预处理指令。

 1.1-预处理指令

  指令都是以“#”开头的，在指令中可以随意添加空格，但在“#”的开头不允许有空白字符。常见的预处理指令一共有三种，分别是：宏定义、文件包含、条件编译，对于“#include”文件包含我们就不赘述了，主要介绍后两种。

 1.2-宏定义

  宏定义就是以“#define”开头的预处理指令，整体格式为：#define 宏定义标识符 替换列表
这样，当代码中出现了宏定义标识符，那么它就会被替换列表里的内容替换。比如：#define N 5，在代码编译过程中，所有的”N”都会被替换成5。这样使用的好处是使程序更容易读懂，因为某些数的含义可以被描述出来，还更容易维护，只要修改替换列表，那么大批的宏定义标识符都会被修改。

  1.2.1-带参宏

  上面介绍的宏定义被叫做简单宏，在简单宏的基础上写上参数，这样就可以替换更多的内容。
带参宏的格式通常为：“#define 宏定义标识符(参数列表) 替换列表
比如：#define MAX(x,y) ((x)>(y)?(x):(y)) ，这样，代码中的三目运算符就可以使用MAX(x,y)替换了，就变得通俗易懂，也比较方便。
这里我们还需要注意圆括号的使用，在宏定义中，每个参数和运算符都必须在括号内。如果不写，很难保证编译器会准确识别出我们想要替换的内容。

 1.3-条件编译

  条件编译指的是，编译器会根据预处理器所执行的测试结果来包含或排除程序的片段。

  1.2.1-#if与#endif

  如果了解过shell脚本语言，那么我们可以把这两种条件编译指令与shell脚本中的if语句共同理解，如果出现了#if，就一定会有#endif来结尾，以包含或排除一个片段。如果没有接触过shell脚本，那就把它当成if语句理解，只不过需要加上#endif来确定范围，而不是通过”{ }“。语法格式如下：

#if 条件……
…………
…………
#endif

  满足条件，就会执行中间的语句。比如：

#define X 1
#if X
printf("Hello!\n");
#endif

  在C语言中，表示对错只有两种情况，非0的数表示true，0表示false，要记住。(面试小考点哦！)
  在上例中，X值为1，表示正确，那么就会执行printf，相反，如果为0，就不会执行。

  1.2.2-defined运算符

  defined的作用就是检测宏定义表示符是否被定义，如果被定义则表示正确，相反表示错误。

#if define(X)
printf("no X!\n");
#endif

  其实，我们还可以写成

#ifdef X/#ifndef  标识符
………………
………………
#endif

  #ifdef就是将defined运算符与普通的#if结合起来，效果就是二者功能的结合体。而#ifndef相当于把#if与!defined(标识符)结合起来用于判断该标识符是否没被定义。

2、运算符

  C语言中最基本的结构就是表达式，表达式是表示如何计算值的一个公式，最简单的表达式就是变量和常量。而运算符则是构建表达式的基本工具，其包含了算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、位运算符。

 2.1-算术运算符

  除了包含基础数学中的“+”、“-”、“ * ”、“/”，之外还有“%”、“，”、“=”、“+=”、“-=”、“ * =”、“/=”、“%=”、“++”、“–”。

  2.1.1-普通算术运算符

  加减乘除我们就不介绍了，与基础数学中的用法一样。
  “%”——模运算符，也称取余/求余运算符，是一个双元运算符。与除法类似但也有所不同，结果为两元相除所得的余数。

    int a = 5 , b = 3;
    printf("a %% b = %d\n",a%b);

  运行结果为：
  
  “，”——逗号运算符，用于计算多个表达式，总体从左至右依次计算，结果为最后一个表达式的值。

int a = 5 , b = 3 , c = 0;
printf("the res is %d\n",(c = a + b ,a-b,c+b));

  运行结果为：
  
  “=”——赋值运算符，即与将表达式的右 *** 作数赋给左 *** 作数。比如，在上两个例子中的变量初始化就用到了赋值运算符。

int a = 5 , b = 3;
c = a + b；

  2.1.2-复合算术运算符

  “++”——自增运算符，见名知意，若对某个变量使用该运算符，会使变量自身增加1。
  “–”——自减运算符(两个减号连着写)，见名知意，若对某个变量使用该运算符，会使变量自身减少1。
  对于自增自减运算符我们需要注意的是，其要影响的目标变量与该运算符之间的位置关系是可能影响结果的。
  当我们单独使用时：

    a++;
    ++a;
    --b;
    b--;

  根据自增自减运算符的语法规则，最终如果输出a和b的值，其变化都是a增加了2，b减少了2。
  但当我们与其他语句共同使用时：

    int a = 5 , b = 3;
    printf("src a is %d b is %d\n",a,b);
    printf("change after ");
    printf("a is %d b is %d\n",a++,++b);
    printf("now ");
    printf("a is %d b is %d\n",a,b);

  其结果为：
  
  不难看出，当变量名在自增/自减运算符前面，调用该表达式会先使用该变量，再自增/自减，当变量名在自增/自减运算符后面，调用该表达式会先自增/自减，再使用该变量。

  2.1.3-复合赋值运算符

  “+=”、“-=”、“ * =”、“/=”、“%=”都属于复合赋值运算符，其最终效果都是赋值，过程不同罢了。其 *** 作为将表达式左 *** 作数与右 *** 作数进行算术运算并将结果赋给左 *** 作数。比如，如果是“a+=b”，就相当于“ a = a + b”，依此类推。

    int a = 5 , b = 3 , c = 4;
    a+=b;
    printf("a = %d\n",a);
    c%=b;
    printf("c = %d\n",c);

  运行结果为：
  

 2.2-关系运算符

  见名知意，确定两个变量之间的关系的运算符，包含了基础数学中的“>”、“>=”、“<”、“<=”,同时还有“= =”、“！=”。
  “>”、“>=”、“<”、“<=”即为大于、大于等于、小于、小于等于，只不过写法上略有不同。
  “==”表示C语言中的判断等于，即判断表达式左右 *** 作数是否相等。
  “!=”表示C语言中的不等于，即判断表达式左右 *** 作数是否不等。

 2.3-逻辑运算符

  逻辑运算符包含了逻辑与、逻辑或、逻辑非。
  “&&”——逻辑与，当运算符的左 *** 作数和右 *** 作数同时表示正确时，整个表达式表示正确，否则，整个表达式表示错误。需要注意的是，当可以判断左 *** 作数表示错误的时候，就不会再去判断右 *** 作数，也就是不会执行右 *** 作数/表达式。

int a = 4 , b = 5;
(a>b) && (a<b);//整个表达式表示错误

  “||”——逻辑或，当运算符的左 *** 作数和右 *** 作数同时表示错误时，整个表达式表示错误，否则，整个表达式表示正确。同上，当可以判断左 *** 作数表示正确的时候，就不会再去判断右 *** 作数，也就是不会执行右 *** 作数/表达式。

int a = 4 , b = 5;
(a>b) || (a<b);//整个表达式表示正确

  “! ”——逻辑非，是一个单元运算符，会将表达式的结果变为与原来相反的结果。

int a = 4 , b = 5;
！(a<b);//整个表达式表示错误

  特别提醒:使用关系运算符和逻辑运算符的表达式称为逻辑表达式，其结果只有true和false两种情况。

 2.4-位运算符

  在计算机中，任何 *** 作数都是以二进制表示的，这就诞生了一种通过 *** 作其某位上的数字的运算符，位运算符。位运算符包含了移位运算符、按位运算符。

  2.4.1-进制转换

  由于牵扯到二进制数，我们这里介绍一下进制转换。实际上，我们常接触的进制数有二进制、八进制、十进制、十六进制。
  二进制：全部由0和1组成，位数依据实际情况而定。
  八进制：由0~7之间的数组成，首位为数字0，其余位任意。
  十进制：我们正常使用数都是十进制数。
  十六进制：由0~15之间的数组成，10至15分别用A-F表示。

    转换过程：

  二进制→十进制：从最右端往左，第一位表示的值为2的当前位数-1次幂乘上该位的值，依此类推，最后求和。如：
  

  二进制→八进制：从最右端往左，每三位一组，不够三位在每组的左端补0凑满三位。每组按照十进制转换并依次排列即可。如：
  
  二进制→十六进制：从最右端往左，每四位一组，不够四位在每组的左端补0凑满四位。每组按照十进制转换并依次排列即可。如：
  
  八进制→二进制：其实懂得了二进制转八进制，那么八进制转二进制就很容易了。比如033，抛去首位0，3的二进制数为0011，那么最总结果就是11011。
  八进制→十进制：方法与二进制转十进制相同，只不过从2的次幂变成了8的次幂，这里就不过多介绍了。
  八进制→十六进制：先将八进制转换成二进制，再将二进制转换成十六进制即可。

  十进制→二进制：十进制转换成二进制用到了一种列式除法，如下：
  方法就是对一个十进制数除2，将整数商写道下面，余数写到侧面，依此类推，不断除2直至商为0，然后从0向上把每次的余数按顺序写下来就得到了这个十进制的二进制形式，若没位数要求，第一个0可省。
  十进制→八进制：方法与十进制转二进制相同，只不过将除数换成了8，其余步骤一样，就不再介绍了。
  十进制→十六进制：先将十进制转换成二进制，再将二进制转换成十六进制即可。

  十六进制→二进制：根据二进制转换成十六进制的方法，我们可以得出，十六进制数的每一位都由四位二进制数表示，那么反过来就是写出每一位数的二进制形式，然后按顺序写出来就是结果，这里就不再过多介绍了。
  十六进制→八进制：先将十六进制转换成二进制，再将二进制转换成八进制即可。
  十六进制→十进制：先将十六进制转换成二进制，再将二进制转换成十进制即可。

  2.4.2-移位运算符

  “<<”——左移位运算符，为二元运算符，即得到 / 将左操作数对应的二进制数 / 向左移动 / 右操作数个 / 位，并在左操作数对应的二进制的最右端用“0”补齐最左端溢出的位 / 后的结果。语言表达，理解起来比较匮乏，直接看例子。(这里的“/”只表示短句，无其他含义)
  为简化理解，我们采用16位无符号数进行测试。

    int a = 5 , b = 3 , c = 2;
    b = a<<c;
    printf("b is %d\n",b);

  运行结果为：
  
  根据运算符的含义，我们先将a转换成二进制数，5的二进制(16位，无符号)表示为“0000000000000101”，左移位运算符的右 *** 作数为c，表示2，所以向左移两位，变成“00000000000101”，再在最右端用0，补上溢出的两位，结果为“0000000000010100”，再转换成十进制就是20。

  “>>”——右移位运算符，如果理解了左移，那么右移就很容易了。对于无符号或非负的数，跟左移类似，只不过变成了右移，然后在最左端补0。如果是负数，根据实际情况，在左端补0或为保留符号位补1。

    int a = 5 , b = 3 , c = 2;
    b = a>>c;
    printf("b is %d\n",b);

  运行结果为：
  

  2.4.3-按位运算符

  “~”——按位取反运算符，是一元运算符，即将 *** 作数对应的二进制数的每一位取反(0变1，1变0)即可。
  “&”——按位与运算符，是二元运算符，将左右 *** 作数的二进制数每位对应，如果对应位上的两数全为1则结果为1，其余情况结果为0。
  “^”——按位异或运算符，是二元运算符，将左右 *** 作数的二进制数每位对应，如果对应位上的两数相同则结果为0，不同结果为1。
  “|”——按位或运算符，是二元运算符，将左右 *** 作数的二进制数每位对应，如果对应位上的两数有一位是1则结果为1，否则结果为0。
  “&”、“^”、“|”都可以与赋值运算符结合，效果同上，最终再加上赋值功能。

 2.5-sizeof()运算符

  表面上长得像一个函数，实际上是一种 *** 作符，与“++”、“–”同等。功能就像他的名字一样，得到变量或数据类型所占内存空间的大小，以字节为单位。若为字符串测量，包含了‘\0’。比如

    int a = 5;
    char x[] = "mo";
    printf("int size is %d\na size is %d\nx size is %d\n",sizeof(int),sizeof(a),sizeof(x));

  运行结果为：
  

 2.6-优先级

  就像加减乘除先算乘除一样，每个运算符都有自己的优先级。在C语言中的大致顺序为：算术运算符>移位运算符>条件运算符>按位运算符>赋值。具体如下：（由于*会影响整体格式，所以这里用图片）
  

 2.7-三元运算符

  是一种特殊的运算符，本质是一种条件表达式，由于是唯一一个需要三个 *** 作数的运算符，所以得此名。格式如下：

//表达式1？表达式2：表达式3
    int a = 5 , b = 3 , c = 0;
    printf("res is %d\n",a>b?a:b);

  
  那么它的作用可以概括为，当表达式1的结果为真，执行表达式2，否则执行表达式3。