运算符与表达式 | Operators and Expressions

一、回顾与引入

在前面的章节中，我们已经学会了：

• 声明变量并给变量赋值
• 使用printf()输出变量的值
• 使用scanf()获取用户输入

在上一章的练习中，我们计算了圆的面积和周长：

float circumference = 2 * pi * radius;  // 使用了乘法运算符 *
float area = pi * radius * radius;      // 使用了乘法运算符 *

我们还在BMI计算中使用了除法：

float height_in_meters = height / 100.0;  // 使用了除法运算符 /

在上面两个例子中，我们频繁使用了如+、-、*、/等等各种简单运算符，今天我们要专门系统学习C语言中的各种运算符，让程序能够进行更复杂的数学计算和逻辑判断。

二、什么是运算符和表达式？

运算符（Operator）

运算符是用来对数据进行操作的符号，比如：

• + 表示加法
• - 表示减法
• * 表示乘法
• / 表示除法

表达式（Expression）

表达式是由操作数（变量、常量）和运算符组成的式子，比如：

3 + 5        // 简单表达式
a * b + c    // 复合表达式
a >= b       // 逻辑判断表达式 *本章会讲

表达式的值

每个表达式都有一个值，例如对于3 + 5这个表达式，它的值为8。这个值可以：

• 直接使用：printf("%d", 3 + 5); // 输出8
• 赋值给变量：int result = 3 + 5;
• 作为其他表达式的一部分：int x = (3 + 5) * 2;

三、算术运算符

算术运算符用于进行数学计算，这是我们最常用的运算符。

基本算术运算符

运算符	名称	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）
/	除法	10.0 / 3.0	3.33333（小数除法）
%	取模（求余）	10 % 3	1

必要地，这里对除法和取模运算做出说明：

除法

在C语言中，除法分为整除除法和小数除法。我们通过下面两个例子来简单认识：

//Division_Types.c
#include <stdio.h>
int main() {
    int a = 10, b = 3;
    printf("10 / 3 = ", a / b);  // 结果：3
}

//Division_Types.c
#include <stdio.h>
int main() {
    float a = 10.0, b = 3.0;
    printf("10.0 / 3.0 = ", a / b);  // 结果：3.33333
}

我们会发现，同样是除法运算符/，作整除除法还是小数除法取决于除数和被除数的数据类型。它们遵循以下关键规则：

• 两个整数相除 → 结果是整数（舍去小数部分）
• 只要有一个浮点数参与 → 结果是浮点数

这也就解释了为什么10 / 3结果是3而10.0 / 3.0结果是3.33333。
这是因为在直接使用10、3.0等数字参与表达式计算，而不像上面的例子中使用一个具有明确数据类型的变量时，10、3等不带小数点的数算作整型int，而10.0、3.0等带小数点的数算作浮点型float。

还要值得一提的是，在赋值语句中，作整除除法还是小数除法与被赋值变量的数据类型无关。什么意思？

float result = 10 / 3;

即使这里result变量是浮点型，但10 / 3本身得到整数3。在赋值后，result确实是一个小数，但最终的值是3.0。

取模

取模(mod)又叫求余，是带余除法的一部分。取模是针对两个整数的计算。它得到的是除法的余数。例如，因为10 ÷ 3 = 3 余 1：
所以10 % 3的值是1。

示例程序：基本算术运算

//Basic_Arithmetic.c
#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 10, b = 3;

    printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
    printf("a + b = %d\n", a + b);  // 加法
    printf("a - b = %d\n", a - b);  // 减法
    printf("a * b = %d\n", a * b);  // 乘法
    printf("a / b = %d\n", a / b);  // 整数除法
    printf("a %% b = %d\n", a % b); // 取模运算
    // 还记得为什么输出%时，要写作%%么？答案在第1.3节的特殊字符与转义字符那一栏

    return 0;
}

运行结果：

a = 10, b = 3
a + b = 13
a - b = 7
a * b = 30
a / b = 3
a % b = 1

四、赋值运算符

基本赋值运算符 =

我们已经很熟悉基本的赋值运算符了：

int x = 10;    // 将10赋值给x

在程序设计时，我们可能会遇到下面的情况，例如我们有一个变量x：

int x = 100;

假设我们想把变量x存储的值变为原来的两倍，并且仍然存储在变量x里。我们可以这样写：

x = x * 2;

这个操作不难理解，叫做乘法赋值。特点是程序会先取出 x 的值，乘上 2，再把结果存回 x。
此外，类似还有加法赋值、减法赋值、除法赋值、取模赋值等等。
例如：

x = x + 1; // x 由 100 变为 101
x = x - 3; // x 由 100 变为 97
x = x / 5; // x 由 100 变为 20
x = x % 3; // x 由 100 变为 1

复合赋值运算符

为了简化常见的自操作，C语言提供了复合赋值运算符：

运算符	等价写法	示例	含义
x += y	x = x + y	x += 5	x自增5
x -= y	x = x - y	x -= 3	x自减3
x *= y	x = x * y	x *= 2	x乘以2
x /= y	x = x / y	x /= 4	x除以4
x %= y	x = x % y	x %= 3	x对3取模

示例程序：复合赋值运算符

//Compound_Assignment.c
#include <stdio.h>

int main() {
    int score = 100;

    printf("初始分数: %d\n", score);

    score += 10;   // score = score + 10
    printf("加分后: %d\n", score);

    score -= 5;    // score = score - 5
    printf("扣分后: %d\n", score);

    score *= 2;    // score = score * 2
    printf("翻倍后: %d\n", score);

    score /= 3;    // score = score / 3
    printf("除以3后: %d\n", score);

    score %= 10;   // score = score % 10
    printf("对10取模后: %d\n", score);

    return 0;
}

运行结果：

初始分数: 100
加分后: 110
扣分后: 105
翻倍后: 210
除以3后: 70
对10取模后: 0

五、自增自减运算符

在我们刚才的例子里，我们了解到加法赋值和减法赋值。而在实际运用中，x = x + 1和x = x - 1很常见。

因此，C语言提供了自增（++）和自减（--）运算符。它们是非常特殊的运算符，用于将变量的值增加或减少1。

基本语法

自增（++）和自减（--）语法很简单。例如对于变量x，x++;或++x;即可完成自增；x--;和--x;即可完成自减。

根据自增运算符++和自减运算符--在变量x的前后位置不同，又分为前缀自增/自减（如++x;）和后缀自增/自减（如x--;）。

int x = 5;
x++;    // 后缀自增，x变成6
++x;    // 前缀自增，x变成7
x--;    // 后缀自减，x变成6
--x;    // 前缀自减，x变成5

在单独使用自增自减，即像上面的例子中一样，++x;等自增语句独立成行的时候，前缀和后缀不存在区别，都表示例如x = x + 1;。但当自增自减属于某一语句的一部分时，它们有些微的区别:

前缀 vs 后缀的区别

//Increment_Decrement.c
#include <stdio.h>

int main() {
    int x = 5;
    int y = x++; // 后缀自增，此时先将变量x的值5赋值给变量y，再将变量x自增为6。
    // 此时 x = 6, y = 5

    int a = 5;
    int b = ++a; // 前缀自增，此时先将变量a自增为6，再将变量a的值6赋值给变量b。
    // 此时 a = 6, b = 6
    return 0;
}

六、比较运算符

我们在前文讲解表达式时，举例曾提到逻辑判断表达式：

a >= b // 逻辑判断表达式 *本章会讲

我们在前文也提到

每个表达式都有一个值

那么逻辑判断表达式的值应该是什么？名为“判断”，它不应该是像3、100这样的数。事实上，逻辑判断表达式的值只能是1（代表真，有时也写作true）或0（代表假，有时也写作false），用来表示这个逻辑判断表达式的内容是对的还是错的。

例如，3 > 2的值是1（真），而-1 > 3的值是0（假）。

比较运算符用于比较两个值的大小关系，是组成逻辑判断表达式的常见运算符。

比较运算符表

运算符	名称	示例	含义
==	等于	a == b	a等于b
!=	不等于	a != b	a不等于b
>	大于	a > b	a大于b
<	小于	a < b	a小于b
>=	大于等于	a >= b	a大于等于b
<=	小于等于	a <= b	a小于等于b

示例程序：比较运算符

//Comparison_Operators.c
#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 10;
    int b = 5;

    printf("\n=== 比较结果 ===\n");
    printf("10 == 5 结果: %d\n", a == b);
    printf("10 != 5 结果: %d\n", a != b);
    printf("10 > 5 结果: %d\n", a > b);
    printf("10 < 5 结果: %d\n", a < b);
    printf("10 >= 5 结果: %d\n", a >= b);
    printf("10 <= 5 结果: %d\n", a <= b);

    return 0;
}

运行示例：

=== 比较结果 ===
10 == 5 结果: 0
10 != 5 结果: 1
10 > 5 结果: 1
10 < 5 结果: 0
10 >= 5 结果: 1
10 <= 5 结果: 0

常见错误：赋值与比较

在C语言中，=是赋值运算符，用于赋值语句。例如x = 5;。==是比较运算符，用于比较两个变量是否相等。例如3 == 2的值是0（假），'A' == 'A'的值为1（真）。

此外值得一提的是，即使是赋值表达式x = 5也有它对应的值。这个值也只能是1（真）或0（假），表示赋值是否成功。因此通常情况下，赋值表达式的值一般都为1。这会在下一节提到判断语句的时候再次提到。

七、逻辑运算符

除了比较运算符，我们通常在逻辑处理中还伴随复杂条件。例如：

今天温度在18~22度之间

假设今天的的温度由变量t存储，这个自然语言表述的逻辑判断表达式，相当于是指“既要”t >= 18.0，“又要”t <= 22.0。

我们在日常生活里常常遇到“而且”、“或者”、“不是”等逻辑关联词。它们正对应着三大逻辑运算符：与&&、或||、非!。

逻辑运算符用于组合多个条件，在编写复杂判断时非常有用。

逻辑运算符表

运算符	名称	示例	含义
&&	逻辑与	a && b	a和b都为真时，结果为真
||	逻辑或	a || b	a或b有一个为真时，结果为真
!	逻辑非	!a	a为假时结果为真，a为真时结果为假

真值表

A	B	A && B	A || B	!A
0	0	0	0	1
0	1	0	1	1
1	0	0	1	0
1	1	1	1	0

在上面的例子中，“今天温度在18~22度之间”相当于t >= 18.0 && t <= 22.0，即温度t在同时满足大于等于18.0摄氏度和小于等于22.0摄氏度这两个简单条件时，这个表达式的值才为1（真），否则为0（假）。

八、运算符的优先级和结合性

当表达式中有多个运算符时，需要了解它们的执行顺序。

优先级表（从高到低，初学阶段了解即可）

优先级	运算符	结合性
1	()	左到右
2	! ++ --	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	= += -= *= /= %=	右到左

示例：优先级的重要性

//Precedence_Examples.c
#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 2, b = 3, c = 4;

    printf("a = %d, b = %d, c = %d\n", a, b, c);

    // 乘法优先于加法
    printf("a + b * c = %d\n", a + b * c);      // 等价于 a + (b * c) = 2 + 12 = 14
    printf("(a + b) * c = %d\n", (a + b) * c);  // (2 + 3) * 4 = 20

    // 比较运算符优先于逻辑运算符
    printf("a < b && b < c = %d\n", a < b && b < c);  // (2 < 3) && (3 < 4) = 1 && 1 = 1

    // 赋值运算符优先级最低
    int result = a + b * c;  // 先计算 a + b * c，再赋值给result
    printf("result = %d\n", result);

    return 0;
}

使用括号明确意图

即使了解优先级，也建议使用括号来明确表达意图：

// 不推荐：依赖优先级规则
int result1 = a + b * c / d - e;

// 推荐：使用括号明确意图
int result2 = a + ((b * c) / d) - e;

九、动手练习

练习：温度转换器

编写程序实现摄氏度和华氏度之间的转换：

• 摄氏度转华氏度：F = C × 9/5 + 32
• 华氏度转摄氏度：C = (F - 32) × 5/9

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下一章预告： 掌握了运算符后，我们将学习条件语句（if-else），让程序能够根据不同的条件执行不同的操作，实现真正的智能判断！