C语言中的运算符是构建程序逻辑的核心工具，掌握其分类、优先级、关联性以及使用场景是每位程序员的必修课。本文将深入探讨C语言运算符的种类、使用规则及实战技巧，帮助你更好地理解和应用这些基本元素。
运算符的分类与优先级
C语言中的运算符种类繁多，按功能可分为算术运算符、移位运算符、位运算符、赋值运算符、单目运算符、关系运算符、逻辑运算符、条件运算符和逗号运算符。每种运算符都有其特定的用途和使用规则。
算术运算符包括加减乘除取模等，用于执行基本的数学运算。移位运算符（<< 和 >>）用于对整数的二进制位进行左移或右移操作，常用于快速乘除或位掩码处理。位运算符（&、|、^、~）则用于对二进制位进行操作，是底层开发中不可或缺的工具。
赋值运算符（=、+=、-= 等）用于给变量赋值，而单目运算符（!、++、--、&、、+、-、~、sizeof）则用于操作单个操作数。关系运算符（>、>=、<、<=、==、!=）用于比较两个值的大小，逻辑运算符（&&、||）用于组合多个逻辑条件，条件运算符（? :）则用于三元条件判断，逗号运算符*（,）用于连接多个表达式，使它们按顺序执行。
每种运算符都有其默认的优先级，这些优先级决定了表达式中运算符的执行顺序。如果多个运算符的优先级相同，那么它们的结合性（左结合或右结合）决定了它们的执行顺序。例如，+ 和 - 是左结合的，而 << 和 >> 是左结合的，但 = 是右结合的。
在 cppreference 的优先级表中，我们可以找到所有运算符的优先级和结合性。这些信息对于正确编写和理解复杂的表达式至关重要。一个典型的优先级顺序是：括号运算符的优先级最高，其次是单目运算符，然后是乘法、除法、取模运算符，接着是加减法运算符，再是位移位运算符，然后是位运算符，接着是比较运算符，再是逻辑运算符，最后是赋值运算符。
为了确保表达式的正确执行，理解运算符的优先级和结合性是必须的。例如，a = b + c 中的 + 先于 = 执行，而 a + b = c 则是非法的，因为 + 和 = 的优先级不一致。
二进制转换：从十进制到其他进制
在C语言中，二进制转换是理解数据存储和处理的基础。十进制转换为二进制可以通过除2取余的方法。例如，将13转换为二进制，可以通过不断除以2并记录余数，最后将余数倒序排列得到1101。
二进制转换为十进制则是通过按权值展开的方法。例如，二进制数1101可以表示为 $ 1 \times 2^3 + 1 \times 2^2 + 0 \times 2^1 + 1 \times 2^0 $，计算结果为13。
此外，二进制转换为八进制和十六进制也遵循一定的规则。将二进制数分组为3位一组（从右向左）或4位一组（从右向左），分别转换为八进制和十六进制。例如，二进制数1101可以转换为八进制的15或十六进制的D。
这些转换方法在底层开发中非常重要，特别是在处理位操作和内存操作时，掌握二进制转换技巧可以帮助你更深入地理解数据的表示和处理方式。
原码、反码、补码：整数的三种表示方法
在C语言中，整数在内存中的存储方式是补码，而原码和反码用于表示正负数。原码是将整数的符号位（最高位）单独表示，其余位表示数值。例如，+5的原码是0000 0101，而-5的原码是1000 0101。
反码是在原码的基础上，对负数的数值部分取反。例如，-5的反码是1111 1010。补码则是反码的基础上加1，用于消除负数运算中的进位问题。例如，-5的补码是1111 1011。
掌握这三种表示方法对于理解整数溢出、位操作和内存布局至关重要。例如，负数的补码在进行位运算时，会保留其符号位，而反码则会在运算中产生额外的进位问题。
移位操作符：左移与右移
移位操作符（<< 和 >>）用于对整数的二进制位进行左移或右移操作。左移操作符（<<）将二进制位向左移动，右边补0，相当于乘以2的幂次。例如，将10左移1位得到20。
右移操作符（>>）将二进制位向右移动，左边补0（逻辑右移）或补符号位（算术右移）。例如，将-8右移1位得到-4。需要注意的是，右移操作符在处理负数时可能会导致未定义行为，因此在使用时要格外小心。
位操作符：按位与、按位或、异或、取反
位操作符（&、|、^、~）用于对二进制位进行操作，是底层编程中常用的工具。按位与（&）用于清零某些位，按位或（|）用于置1某些位，异或（^）用于翻转某些位，取反（~）用于将0变为1或将1变为0。
这些操作符在处理位掩码、数据压缩等任务时非常有用。例如，使用按位与可以清除某个位，而使用按位或可以设置某个位。此外，异或操作符常用于无临时变量交换两个数，这种方法在面试中非常常见。
单目运算符：逻辑反、自增、自减、取地址、解引用、正负号、按位取反、sizeof
单目运算符用于操作单个操作数，是C语言中非常重要的工具。例如，逻辑非运算符（!）用于判断一个表达式的真假，自增（++）和自减（--）运算符用于对变量进行递增或递减操作，取地址（&）和解引用（）运算符用于获取和访问变量的地址，正负号（+、-）用于改变数值的符号，按位取反（~）用于将二进制位的0和1互换，而 sizeof* 运算符则用于获取变量或类型的大小。
这些运算符在编写底层代码时非常有用，特别是在处理指针和内存时，取地址和解引用操作是不可或缺的。此外，了解这些运算符的优先级和结合性可以帮助你编写更复杂的表达式。
括号表达式与逗号表达式
括号表达式用于改变运算符的默认优先级，确保表达式的正确计算。逗号表达式（,）则用于连接多个表达式，使它们按顺序执行。例如，int c = (a > b, a = b + 10, a, b = a + 1); 这个表达式中，a > b 的结果被丢弃，a = b + 10 被执行，a 被取值，最后 b = a + 1 被执行，整个表达式的值是 b 的值，即13。
掌握这些表达式规则可以帮助你更有效地编写和理解复杂的代码逻辑。
下标引用与函数调用
下标引用（[]）用于访问数组中的元素，是C语言中处理数组的基本操作。例如，arr[9] = 10; 这个表达式中，[] 是一个操作符，用于访问数组 arr 的第9个元素，并将其赋值为10。
函数调用（()）用于调用函数，是C语言中执行函数逻辑的核心。例如，test1(); 和 test2("hello bit."); 这两个表达式中，() 是函数调用操作符，用于执行函数的逻辑。
这些操作符在编写和调用函数时非常重要，特别是在处理数组和函数参数时，正确使用这些操作符可以提高代码的可读性和可维护性。
底层编程中的实际应用
在底层编程中，运算符的使用不仅限于简单的表达式，还涉及更复杂的操作，如位操作、内存管理等。例如，使用 移位操作符 可以快速实现乘除操作，而 位操作符 可以用于处理位掩码和数据压缩。
此外，掌握 单目运算符 和 括号表达式 的规则可以帮助你编写更复杂的逻辑，特别是在处理指针和内存地址时。例如，使用 取地址（&）和 解引用（*）操作符可以更灵活地操作内存。
这些运算符的正确使用不仅有助于提高代码的效率，还能减少错误的发生，提高代码的健壮性。
总结
C语言中的运算符是构建程序逻辑的核心工具，掌握其分类、优先级、关联性以及使用场景是每位程序员的必修课。通过理解这些基本概念，可以更有效地编写和调试代码，并在底层开发中发挥重要作用。希望本文能帮助你更深入地理解C语言运算符的使用方法和技巧。