06-表达式
表达式
Symmetry is a complexity reducing concept (co-routines include sub-routines); seek it everywhere. [^1]
目录
[TOC]
一 算术运算符
1.概念
| 一元运算符（只需要 1 个操作数） |
|---|
| + 一元正号运算符 |
| - 一元负号运算符 |
二元运算符
| 加法类 | 乘法类 |
|---|---|
| + 加法运算符 | * 乘法运算符 |
| - 减法运算符 | / 除法运算符 |
| % 求余运算符 |
注意：
-
int 型与 float 型混合在一起时，运算结果是 float 型。
比如，9 + 2.5f 的值为 11.5；6.7f / 2 的值为 3.35。
-
运算符
/：当两个操作数都是整型时，结果会向下取整。如，1 / 2 的值是 0，而不是 0.5 。 -
运算符
%要求两个操作数都是整型。 -
把 0 作为
/或%的右操作数会导致未定义行为。 -
当运算符
/和%用于负操作数时，其结果难以确定。根据 C89 的标准，如果两个操作数中有一个是负数，那么除法结果既可以向上取整也可以向下取整（例如，-9 / 7 的结果既可以是 -1 也可以是 -2）；i % j 的符号与具体实现有关（例如，-9 % 7 可以是 -2 也可以是 5）。
在 C99 中，除法的结果总是向零取整（因此，-9 / 7 的结果是 -1）；i % j 的符号与 i 相同（因此，-9 % 7 的结果是 -2；我特意测试了以下，9 % -7 的值是 2，-9 % -7 的值还是 2）。
**“由实现定义”**的行为：
术语由实现定义（implementation-defined)指的是 C标准对 C语言的部分内容未加指定，并认为其细节可有“实现”来具体定义。所谓实现是指程序在特定平台上编译，链接和执行所需要的软件。因此，根据实现的不同，程序的行为可能稍微有差异。
这样做的可能很奇怪甚至危险。但是这正是 C语言的目标之一——高效，这常常意味着与硬件相匹配。
对于我们来说，我们要尽量避免编写这种由实现定义的行为的程序。如果不能做到，起码要仔细查阅手册。
2. 运算符的优先级和结合性
当表达式包含多个运算符时，其含义可能不是一目了然的。我们的解决方法是：
- 用括号进行分组
- 了解运算符的优先级和结合性
运算符优先级
（operator precedence）
| 最高优先级 | + | - | （一元运算符） |
|---|---|---|---|
| * | / | % | |
| 最低优先级 | + | - | （二元运算符） |
例 1-1：
i + j * k 等价于 i + (j * k) |
运算符的结合性
当表达式包含两个或更多相同优先级的运算符时，仅有运算符优先级规则是不够的。这种情况下，运算符的结合性（associativity）开始发挥作用。
如果运算符是从左向右开始结合的，那么称这种运算符是左结合的。
二元运算符即：*,/,%,+,-都是左结合的。所以：
例 1-2:
i - j - k 等价于 (i - j) - k |
运算符是右结合的，如一元运算符：+,-。
例 1-3：
- + i 等价于 -(+i) |
3.总结
在许多语言（特别是 C 语言）中，优先级和结合性规则都是十分重要的。然而 C 语言的运算符太多了（差不多 50 种）。为了自己和他人理解代码的方便，请最好加上足够多的圆括号。
二 赋值运算符
求出表达式的值后往往需要将其存储在变量中，以便将来使用。C语言的 = （简单赋值 simple assignment）运算符可以用于此目的。为了更新已经存储在变量中的值，C语言还提供了一种复合赋值（compound assignment）。
1. 简单赋值
表达式 v = e的赋值效果是求出表达式 e 的值，然后将此值赋值给 v。
例 2-1：
i = 5;// i is now 5 |
如果 v 与 e 的类型不同，那么赋值运算发生时会将 e 的值转化为 v 的类型：
例 2-2：
int i; |
在很多编程语言中，赋值是语句；然而在 C语言中，赋值就像 + 那样是运算符。
既然赋值是运算符，那么多个赋值语句可以串联在一起：
例 2-3：
i = j = k = m = 0; |
运算符 = 是右结合的，所以，上面的语句等价于：
i = (j = (k = (m = 0))); |
作用是先将 0 赋值给 m，再将 m 赋值给 k，再将 k 赋值给 j，再将 j 赋值给 i 。
! 注意
因为赋值运算符存在类型转换（本节后面会讲），串在一起赋值运算的结果可能不是预期的结果：
int i; |
2. 左值
赋值运算要求它的左操作数必须是左值（lvalue）。左值表示在计算机中的存储对象，而不是常量或计算的结果。左值是变量。
例 2-4：
12 = i; |
以上三种表达式都是错误的。
3. 复合赋值
i = i + 2; |
上面的例子中 += 就是一种符合运算符，表示：将自身表示的数增加 2 后再赋值给自己。
与加法相似，所有赋值运算符的工作原理大体相同。
+=
-=
*=
/=
%=
注意：
-
i *= j + k和i = i * j + k是不一样的。 -
使用复合赋值运算符时，注意不要交换组成运算符的两个字符的位置。如：
i += j写成了i =+ j后者等价于：i = (+j)
复合运算符有着和 =运算符一样的特性。它们也是右结合的，所以：
i += j += k等价于i += (j += k)
4. 自增运算符和自减运算符
++
--
“自增”（加1）和“自减”（减1）也可以通过下面的方式完成：
i = i + 1; |
复合赋值运算符可以简化上面的语句：
i += 1; |
而 C语言 允许用 ++ 和 – 运算符将这些语句缩的更短。比如：
i++; |
或者：
++i; |
这两种形式的写法的意义不同的：
-
++i（前缀（prefix）自增），意味着“立即自增 i ”int i = 1;
printf("%d\n", ++i);
printf("%d\n", i);
//输出
2
2 -
i++（后缀（postfix）自增），意味着“先使用 i 的原始值，稍后再自增”。稍后是多久？C语言标准没有给出精确的时间，但是可以放心的假设 i 再下一条语句执行之前进行自增。int i = 1;
printf("%d\n", i++);
printf("%d\n", i);
//输出
1
2
--运算符具有相同的特性。
后缀的 ++ 和 – 比一元的正号，负号优先级高，而且都是左结合的。
前缀的 ++ 和 – 与一元的正号，负号优先级相同，并且是右结合的。
比如：
int main(void) { |
5.表达式求值
部分C语言运算符表
| 优先级 | 类型名称 | 符号 | 结合性 |
|---|---|---|---|
| 1 | （后缀）自增 | ++ | 左结合 |
| （后缀）自减 | – | ||
| 2 | （前缀）自增 | ++ | 右结合 |
| （前缀）自减 | – | ||
| 一元正号 | + | ||
| 一元符号 | - | ||
| 3 | 乘法类 | * / % |
左结合 |
| 4 | 加法类 | + - |
左结合 |
| 5 | 赋值 | = *= /= -= += |
右结合 |
能理解下面这个表达式的意义，就算掌握了这一部分的表达式求值规则：
a = b += c++ - d + --e / -f |
等价于：
a = ( b += ( (c++) - d + (--e) / (-f) ) ) |
子表达式的求值顺序
C语言没有定义子表达式的求值顺序（除了含有 逻辑与，逻辑或 或 逗号运算符的表达式（后面会讲））。
但是不管子表达式的计算顺序如何，大多数表达式都有相同的值。但是，当子表达式改变了某个操作数的值时，产生的值就可能不一致了。思考下面的例子：
a = 5; |
第二条语句的执行结果是未定义的。对大多数编译器而言，c 的值是 6 或者 2。取决于 子表达式 b = a + 2 和 a = 1 的求值顺序。
像上例那样，在表达式中，既在某处访问变量的值，又在别处修改它的值是不可取的。
为了避免出现此类情况，我们可以将子表达式分离：
a = 5; |
执行完这些语句后，c 的值将始终是 6
除此之外，自增自减运算符也要小心使用。如下例：
i = 2; |
j 有两种可能：4 或 6
我们很自然的认为结果是 4 。但是其实该语句的执行结果是未定义的。
j 的值为 6 的情况：
- 取出第二个操作数（i 的原始值），然后 i 自增
- 取出第一个操作数（i 的新值）
- 将取除的两个操作数相乘（2 和 3），结果是 6
“取出”变量意味着从内存中获取它们的值。变量后续变化不会影响已经取出的值，因为取出的值通常存储在 CPU 中称为寄存器的一个特殊位置。
未定义行为
未定义行为（undefined behavior）: 类似上面两个例子中的语句会导致 未定义行为，这和我们前面讲的由实现定义的行为是不同的。当程序中出现未定义行为时，后果是不可预料的。不同的编译器给出的结果可能是不同的。也就是说，程序可能无法通过编译，也可能运行时崩溃，不稳定或者产生无意义的结果。换句话说，我们应该像躲避“新冠”一样避免未定义行为。
参考资料：《C Primer Plus》《C语言程序设计：现代方法》
[^1]: 对称性有助于减少复杂度（协程包含例程）。对称性无处不在。Epigrams on Programming 编程警句
