C++學習之算術(shù)運算符使用詳解

第C++學習之算術(shù)運算符使用詳解目錄1.前言2.運算符種類3.算術(shù)運算符3.1功能描述3.2運算符重載問題3.3兩數(shù)相除的問題3.4關(guān)于/和%運算符的正、負問題3.5數(shù)據(jù)溢出問題3.6類型轉(zhuǎn)換3.7{}賦值語法3.8強制類型轉(zhuǎn)換3.9auto語法4.總結(jié)

1.前言

編寫程序時，數(shù)據(jù)確定后，就需要為數(shù)據(jù)提供相應(yīng)的處理邏輯（方案或算法）。所謂邏輯有2種存在形態(tài)：

抽象形態(tài)：存在于意識形態(tài)，強調(diào)思考過程，與具體的編程語言無關(guān)。具體形態(tài)：通過代碼來實現(xiàn)。需要使用表達式描述完整的計算過程。

表達式由2個部分組成：

數(shù)據(jù)。也可稱為操作數(shù)。運算符。

運算符是計算機語言提供的能對數(shù)據(jù)進行基本運算操作的功能體。開發(fā)者在實現(xiàn)自己的邏輯運算時，需要組合這些運算符來描述自己的邏輯運算過程。

Tip：可以把C++的運算符看成一種特殊語法格式的函數(shù)，或把C++中的函數(shù)當成一種特殊的運算符。

在使用運算符時，需要遵守下面的2個基本原則：

運算符對操作的數(shù)據(jù)有內(nèi)置的類型要求。如數(shù)學運算符要求操作數(shù)是數(shù)字類型。如果運算符需要多個操作數(shù)時，則要求數(shù)據(jù)類型必須相同。如果出現(xiàn)類型不一致時，編譯器會試著把不同類型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成同類型的數(shù)據(jù)后再進行運算。開發(fā)者也可以顯示進行強制類型轉(zhuǎn)換。

2.運算符種類

C++中的運算符非常多，如下是幾類常用的運算符：

算術(shù)運算符。邏輯、關(guān)系運算符。賦值運算符。遞增、遞減運算符。成員訪問運算符。條件運算符。位運算符。sizeof運算符。逗號運算符。

使用運算符前，需要理解如下幾個概念：

運算符的優(yōu)先級：不同類別中的運算符的優(yōu)先級是不相同的。當在一個表達式中出現(xiàn)多個運算符時，則需要根據(jù)運算符的優(yōu)先級進行先后運算。運算符的操作數(shù)：作用于一個操作數(shù)的運算符為一元運算符，作用于兩個操作數(shù)的運算符為二元運算符。C++中還有一個可作用于三個操作數(shù)的條件運算符。結(jié)合性：當復雜表達式中的多個運算符的優(yōu)先級相同時，則要根據(jù)運算符的結(jié)合性進行運算。如100/4*8這個表達式，/和*的優(yōu)先級是相同，因乘、除都是具有從左到右的結(jié)合性。所以先計算100/4=25再計算25*8。

Tip：只有當兩個運算符作用于同一個操作數(shù)時，優(yōu)先級和結(jié)合性才有意義。

C++中的基礎(chǔ)運算符較多，且因C++是弱類型語言，每一種運算符在使用過程中都存在很多細節(jié)問題。算術(shù)運算符又是運算符中的基礎(chǔ)運算符。

本文試圖通過講解清楚算術(shù)運算符，讓閱讀者了解使用C++運算符時應(yīng)該注意的事項。

3.算術(shù)運算符

3.1功能描述

算術(shù)運算符用來對數(shù)字型數(shù)據(jù)進行數(shù)學語義上的加、減、乘、除。此類中有5個運算符：

+：對2個數(shù)字類型的數(shù)據(jù)進行數(shù)學語義上的加法運算。-：對2個數(shù)字類型的數(shù)據(jù)進行數(shù)學語義上的減法運算。*：對2個數(shù)字類型的數(shù)據(jù)進行數(shù)學語義上的乘法運算。/：對2個數(shù)字類型的數(shù)據(jù)進行數(shù)學語義上的除法運算。%：取余或取模操作運算符。運算結(jié)果是兩個操作數(shù)相除后的余數(shù)部分，不能用于浮點數(shù)據(jù)類型。

算術(shù)運算符是二元運算符。使用時，需要提供2個操作數(shù)。

3.2運算符重載問題

C++可以重載運算符，所謂重載運算符，指同一個運算符可以根據(jù)使用時的上下文信息，表現(xiàn)出不同的運算能力。如-運算符，當作為二元運算符時，用來對操作數(shù)進行相減操作。

intnum1=30;

intnum2=20;

//此處的-運算符表現(xiàn)出減法運算能力

intres=num1-num2;

coutresendl;

//輸出結(jié)果：10

當作為一元運算符時，則是取負的意思。如下代碼：

intnum=-10;

intnum01=-num;

coutnum01endl;

//輸出結(jié)果為10，負負為正

同理，+運算符也存在重載。

運算符重載是C++中的一個特色。

對于有符號數(shù)據(jù)類型而言，如果在字面常量前面沒有顯示提供正、負符號，則默認為+（正）符號。

3.3兩數(shù)相除的問題

當/運算符作用于2個整型數(shù)字時，會得到舍棄小數(shù)點后的整數(shù)部分數(shù)值，或稱為兩數(shù)相除的商，意味著會丟失精度。

如下代碼：

intnum1=7;

intnum2=3;

intres=num1/num2;

coutresendl;

//輸出結(jié)果：2，丟失精度

如果要保留兩個數(shù)字相除的精度，則應(yīng)該以浮點數(shù)據(jù)類型的身份進行相除。

doublenum1=7;

doublenum2=3;

doubleres=num1/num2;

coutresendl;

//輸出結(jié)果：2.33333

%運算符作用于2個整型類型的數(shù)據(jù)時，運算結(jié)果是2個數(shù)字相除之后的余數(shù)部分。如下代碼：

intnum1=5;

intnum2=3;

intres=num1%num2;

coutresendl;

//輸出結(jié)果：2。

%用于浮點數(shù)據(jù)類型相除時，會出現(xiàn)編譯錯誤。也就是%只能用于整型數(shù)據(jù)的運算，不能用于浮點數(shù)據(jù)類型。

3.4關(guān)于/和%運算符的正、負問題

當2個操作數(shù)據(jù)都是正數(shù)時

intnum1=21;

intnum2=8;

intres=num1/num2;

cout"/運算:"resendl;

res=num1%num2;

cout"%運算:"resendl;

/和%動算符的輸出結(jié)果都是正數(shù)。

/運算:2

%運算:5

當2個操作數(shù)都為負數(shù)時

intnum1=-21;

intnum2=-8;

intres=num1/num2;

cout"/運算:"resendl;

res=num1%num2;

cout"%運算:"resendl;

輸出結(jié)果，一個是正數(shù)，一個是負數(shù)。

/運算:2

%運算:-5

當2個操作數(shù)中被除數(shù)為負，除數(shù)為正時

intnum1=-21;

intnum2=8;

intres=num1/num2;

cout"/運算:"resendl;

res=num1%num2;

cout"%運算:"resendl;

輸出結(jié)果都是負數(shù)。

/運算:-2

%運算:-5

當2個操作數(shù)中被除數(shù)為正，除數(shù)為負時

intnum1=21;

intnum2=-8;

intres=num1/num2;

cout"/運算:"resendl;

res=num1%num2;

cout"%運算:"resendl;

輸出結(jié)果為一負一正。

/運算:-2

%運算:5

結(jié)論：

當2個數(shù)字使用%運算符進行相除操作時，運算結(jié)果的正負號與num1操作數(shù)（被除數(shù)）的正負號保持一致。/運算符運算結(jié)果的正負號和數(shù)學上的語義一致。兩個操作數(shù)都為正或為負時則正正得正，負負得正。兩個操作數(shù)為一正一負時：則正負得負。

3.5數(shù)據(jù)溢出問題

在使用算術(shù)運算符時，有可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出現(xiàn)象。如下代碼：

shortnum=32767;

shortnum01=num+1;

coutnum01endl;

輸出結(jié)果：

數(shù)字:-32768

無符號short（16位）的類型數(shù)據(jù)的最大值是32767，在此數(shù)字上加一，num01的值理論是上32768。但實際結(jié)果是-32768。因為32768已經(jīng)超過short范圍，編譯器會重新計算出一個新的結(jié)果（并不是預期值）。這種現(xiàn)象叫數(shù)據(jù)溢出。

對于無符號short，可以認為其有2部分，一部分為負數(shù)，一部分為正數(shù)。當正數(shù)溢出后，會進入負數(shù)部分。

如下代碼，因溢出，超過了負數(shù)區(qū)域最小值，會溢出到正數(shù)區(qū)域。

shortnum1=-32768;

shortnum2=num1-1;

coutnum2;

//輸出結(jié)果：32767

數(shù)據(jù)溢出發(fā)生在當把數(shù)據(jù)類型范圍大的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)類型小的類型變量中時。

double數(shù)據(jù)存儲到int類型變量中。int類型的數(shù)據(jù)存儲到short類型變量中。longlongint類型的數(shù)據(jù)存儲到int類型變量中時。

數(shù)學運算符也可以用于指針類型運算，因指針變量其數(shù)據(jù)本質(zhì)就是數(shù)字數(shù)據(jù)。但指針變量不能用于乘法和除法，加、減的語義是指針的向前后后移動，乘法、除法沒有語義價值。

3.6類型轉(zhuǎn)換

根據(jù)運算符的基本使用原則，要求所有操作數(shù)的類型必須相同。

有時，在一個表達式中，即使存在多個操作數(shù)的類型不一致，也能正常工作。那是因為，編譯器會把不同的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換成一致，然后再進行運算。

由編譯器完成的類型轉(zhuǎn)換，稱為自動（隱式）類型轉(zhuǎn)換：

整型提升：C++將bool、char、unsignedchar、signedchar和short值轉(zhuǎn)換為int。這些轉(zhuǎn)換被稱為整型提升。浮點提升：整型類型自動向浮點類型轉(zhuǎn)換，如int向double轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換是不會存在數(shù)據(jù)丟失問題，但會產(chǎn)生空間浪費。向下縮窄：當目標類型小于原類型時，如double向int轉(zhuǎn)換，int類型向short轉(zhuǎn)換時，這種轉(zhuǎn)換是可以的，但會發(fā)生數(shù)據(jù)丟失的情況?？赡軙貌坏筋A期結(jié)果。

碗里的水倒到缸里，不會丟失水。

缸里面的水倒到碗里，如果缸里面的水很少，不夠或者剛夠一碗水，不會發(fā)生水丟失。但是，這里會有潛在丟失問題，因為生活常識告訴我們，缸里面的水往往是要超過一個碗所能盛下的容量。

所以，向下縮窄存在潛在的數(shù)據(jù)丟失風險。

如下代碼，其中發(fā)生了2次自動類型轉(zhuǎn)換，有數(shù)據(jù)丟失的潛在風險。

doublenum1=7;

intnum2=3;

intres=num1/num2;

coutresendl;

//輸出結(jié)果：2

浮點提升：num2中的數(shù)據(jù)會被轉(zhuǎn)換成double數(shù)據(jù)類型，讓右邊的表達式符合同類型原則。此時，右邊表達式運算后的結(jié)果類型為double。這一步不會發(fā)生數(shù)據(jù)丟失問題。向下縮窄：左邊的res變量類型為int，編譯器會把右邊的double類型結(jié)果轉(zhuǎn)換成int。如果數(shù)值大于int類型范圍時，則會出現(xiàn)丟失精度問題。

如下代碼，則不會發(fā)生數(shù)據(jù)丟失問題：

doublenum1=7;

intnum2=3;

doubleres=num1/num2;

coutresendl;

//輸出結(jié)果：2.33333

如下的代碼，也會發(fā)生自動類型轉(zhuǎn)換。

intnum1=20;

charnum2='A';

intres=num1+num2;

coutresendl;

//輸出結(jié)果：85

char類型會轉(zhuǎn)換成int類型。字符保存在計算機上時，需要對其進行數(shù)字編碼，字符轉(zhuǎn)換成int的數(shù)字是底層的編碼數(shù)字。

如下代碼，也會發(fā)生自動類型。

intnum1=20;

boolnum2=true;

intres=num1+num2;

coutresendl;

C++中，bool數(shù)據(jù)類型本質(zhì)上就是int類型。true會轉(zhuǎn)換為1。false會轉(zhuǎn)換為0。

3.7{}賦值語法

C++在進行自動類型轉(zhuǎn)換時，如果目標類型小于原類型時，也是能夠轉(zhuǎn)換的，這種現(xiàn)象叫縮窄?？s窄會存在潛存數(shù)據(jù)安全問題。C++11提供了{}賦值語法，會對超過范圍的縮窄進行編譯提示。如下代碼。

因44555數(shù)字已經(jīng)超過char范圍，向下縮窄不被允許。

charc1={44555};

因X是一個變量，在運行時，x有可能被修改，并讓其值大于char數(shù)字范圍，向下縮窄不被允許。

intx=66;

charc4={x};

3.8強制類型轉(zhuǎn)換

C++允許開發(fā)者顯式地進行類型轉(zhuǎn)換。語法格式有2種：

（目標類型名）變量。目標類型名（變量）。

強制類型轉(zhuǎn)換不會修改變量本身，而是創(chuàng)建一個新的值。用于表達式中進行計算。

doublenum1=23.6;

//C++強制類型轉(zhuǎn)換語法

intnum2=double(num1);

coutnum2endl;

//C強制類型轉(zhuǎn)換語法

num2=(double)num1;

coutnum2endl;

C++還提供了4個類型轉(zhuǎn)換運算符，使得轉(zhuǎn)換過程更規(guī)范。這里只做簡要介紹，有興趣者可以深入了解一下。

dynamic_cast。在類層次結(jié)構(gòu)中進行向上轉(zhuǎn)換。const_cast。用于執(zhí)行只有一種用途的類型轉(zhuǎn)換，即改變值為const或volatile。static_cast。只有當類型之間可以隱式轉(zhuǎn)換時才能轉(zhuǎn)換。reinterpret_cast。用于一些有很大潛在危險的類型轉(zhuǎn)換。

3.9auto語法

auto關(guān)鍵字在C++的作用是自動類型推導。在聲明變量時，可以使用auto關(guān)鍵字，不指定變量的類型說明。編譯器會根據(jù)變量中所存儲的數(shù)據(jù)的類型自動推導出數(shù)據(jù)類型。

//num是浮點數(shù)據(jù)類型

autonum=5.3;

//num1是整型數(shù)據(jù)類型

autonum1=4;

如Python、JS就是一種動態(tài)語言，表現(xiàn)在數(shù)據(jù)類型可