C++ 运算符

运算符是C++中用于执行特定操作的符号。无论是简单的数学计算、变量赋值，还是复杂的条件判断，运算符都扮演着至关重要的角色。本文将全面介绍C++中的各类运算符，帮助初学者掌握这一基础而重要的概念。

运算符概述

C++提供了丰富的运算符类型，按功能可分为以下几类：

算术运算符
赋值运算符
比较运算符
逻辑运算符
位运算符
其他运算符（如条件运算符、sizeof、逗号运算符等）

算术运算符

算术运算符用于执行数学运算，包括：

运算符	描述	示例
`+`	加法	`a + b`
`-`	减法	`a - b`
`*`	乘法	`a * b`
`/`	除法	`a / b`
`%`	取模（余数）	`a % b`
`++`	自增	`++a` 或 `a++`
`--`	自减	`--a` 或 `a--`

使用示例

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a = 10, b = 3;
    
    cout << "a + b = " << (a + b) << endl;  // 输出: a + b = 13
    cout << "a - b = " << (a - b) << endl;  // 输出: a - b = 7
    cout << "a * b = " << (a * b) << endl;  // 输出: a * b = 30
    cout << "a / b = " << (a / b) << endl;  // 输出: a / b = 3 (整数除法)
    cout << "a % b = " << (a % b) << endl;  // 输出: a % b = 1 (余数)
    
    int c = a++;  // 后缀自增：先使用a的值，再自增
    cout << "c = " << c << ", a = " << a << endl;  // 输出: c = 10, a = 11
    
    int d = ++b;  // 前缀自增：先自增，再使用b的值
    cout << "d = " << d << ", b = " << b << endl;  // 输出: d = 4, b = 4
    
    return 0;
}

注意

整数除法会截断小数部分，如果需要保留小数，至少有一个操作数应为浮点类型。

赋值运算符

赋值运算符用于给变量赋值：

运算符	描述	示例
`=`	简单赋值	`a = b`
`+=`	加后赋值	`a += b` 等价于 `a = a + b`
`-=`	减后赋值	`a -= b` 等价于 `a = a - b`
`*=`	乘后赋值	`a = b` 等价于 `a = a b`
`/=`	除后赋值	`a /= b` 等价于 `a = a / b`
`%=`	取模后赋值	`a %= b` 等价于 `a = a % b`
`<<=`	左移后赋值	`a <<= b` 等价于 `a = a << b`
`>>=`	右移后赋值	`a >>= b` 等价于 `a = a >> b`
`&=`	按位与后赋值	`a &= b` 等价于 `a = a & b`
`^=`	按位异或后赋值	`a ^= b` 等价于 `a = a ^ b`
`\|=`	按位或后赋值	`a \|= b` 等价于 `a = a \| b`

使用示例

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a = 10;
    
    a += 5;  // a = a + 5
    cout << "a += 5: " << a << endl;  // 输出: a += 5: 15
    
    a -= 3;  // a = a - 3
    cout << "a -= 3: " << a << endl;  // 输出: a -= 3: 12
    
    a *= 2;  // a = a * 2
    cout << "a *= 2: " << a << endl;  // 输出: a *= 2: 24
    
    a /= 4;  // a = a / 4
    cout << "a /= 4: " << a << endl;  // 输出: a /= 4: 6
    
    a %= 4;  // a = a % 4
    cout << "a %= 4: " << a << endl;  // 输出: a %= 4: 2
    
    return 0;
}

比较运算符

比较运算符用于比较两个值，返回布尔结果（true或false）：

运算符	描述	示例
`==`	相等	`a == b`
`!=`	不相等	`a != b`
`>`	大于	`a > b`
`<`	小于	`a < b`
`>=`	大于等于	`a >= b`
`<=`	小于等于	`a <= b`

使用示例

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a = 10, b = 20;
    
    cout << "a == b 是 " << (a == b) << endl;  // 输出: a == b 是 0 (false)
    cout << "a != b 是 " << (a != b) << endl;  // 输出: a != b 是 1 (true)
    cout << "a > b 是 " << (a > b) << endl;    // 输出: a > b 是 0 (false)
    cout << "a < b 是 " << (a < b) << endl;    // 输出: a < b 是 1 (true)
    cout << "a >= b 是 " << (a >= b) << endl;  // 输出: a >= b 是 0 (false)
    cout << "a <= b 是 " << (a <= b) << endl;  // 输出: a <= b 是 1 (true)
    
    return 0;
}

逻辑运算符

逻辑运算符用于组合条件表达式：

运算符	描述	示例
`&&`	逻辑与	`a && b`
`\|\|`	逻辑或	`a \|\| b`
`!`	逻辑非	`!a`

使用示例

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    bool a = true, b = false;
    
    cout << "a && b 是 " << (a && b) << endl;    // 输出: a && b 是 0 (false)
    cout << "a || b 是 " << (a || b) << endl;    // 输出: a || b 是 1 (true)
    cout << "!a 是 " << (!a) << endl;           // 输出: !a 是 0 (false)
    
    // 复合条件示例
    int age = 25;
    bool hasLicense = true;
    
    if (age >= 18 && hasLicense) {
        cout << "可以合法驾驶" << endl;  // 会输出
    }
    
    return 0;
}

短路求值

C++中的逻辑运算符具有短路求值特性：

对于 &&，如果第一个条件为 false，则不会评估第二个条件
对于 ||，如果第一个条件为 true，则不会评估第二个条件

位运算符

位运算符对整数的二进制位进行操作：

运算符	描述	示例
`&`	按位与	`a & b`
`\|`	按位或	`a \| b`
`^`	按位异或	`a ^ b`
`~`	按位取反	`~a`
`<<`	左移	`a << n`
`>>`	右移	`a >> n`

使用示例

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    unsigned int a = 60;  // 二进制: 00111100
    unsigned int b = 13;  // 二进制: 00001101
    
    cout << "a & b = " << (a & b) << endl;   // 输出: a & b = 12 (00001100)
    cout << "a | b = " << (a | b) << endl;   // 输出: a | b = 61 (00111101)
    cout << "a ^ b = " << (a ^ b) << endl;   // 输出: a ^ b = 49 (00110001)
    cout << "~a = " << (~a) << endl;         // 输出: ~a = -61 (取决于整数表示)
    cout << "a << 2 = " << (a << 2) << endl; // 输出: a << 2 = 240 (11110000)
    cout << "a >> 2 = " << (a >> 2) << endl; // 输出: a >> 2 = 15 (00001111)
    
    return 0;
}

其他重要运算符

条件运算符（三元运算符）

格式：条件表达式 ? 表达式1 : 表达式2

如果条件为真，则计算并返回表达式1的值；否则，计算并返回表达式2的值。

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int age = 20;
    string status = (age >= 18) ? "成年" : "未成年";
    cout << "状态: " << status << endl;  // 输出: 状态: 成年
    
    // 可以嵌套使用，但可能影响可读性
    int score = 85;
    char grade = (score >= 90) ? 'A' : ((score >= 80) ? 'B' : ((score >= 70) ? 'C' : 'D'));
    cout << "分数: " << score << ", 等级: " << grade << endl;  // 输出: 分数: 85, 等级: B
    
    return 0;
}

sizeof 运算符

sizeof 返回变量或数据类型的字节大小：

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    cout << "int 的大小: " << sizeof(int) << " 字节" << endl;
    
    int arr[10];
    cout << "int 数组的大小: " << sizeof(arr) << " 字节" << endl;
    cout << "数组元素个数: " << sizeof(arr) / sizeof(arr[0]) << endl;
    
    return 0;
}

逗号运算符

逗号运算符允许在一个表达式中包含多个子表达式，从左到右计算每个表达式，并返回最右边表达式的值：

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a = 10, b = 20, c;
    
    // 逗号运算符示例
    c = (a++, b++, a + b);
    cout << "a = " << a << ", b = " << b << ", c = " << c << endl;
    // 输出: a = 11, b = 21, c = 32
    
    return 0;
}

运算符优先级与结合性

C++中的运算符具有不同的优先级和结合性。优先级决定了表达式中的计算顺序，而结合性决定了相同优先级运算符的计算方向。

以下是部分运算符的优先级（从高到低）：

作用域解析运算符 ::
后缀自增自减 a++ a--
前缀自增自减 ++a --a、一元运算符 + - ! ~、sizeof
乘除模 * / %
加减 + -
移位 << >>
关系运算符 < <= > >=
相等运算符 == !=
按位与 &
按位异或 ^
按位或 |
逻辑与 &&
逻辑或 ||
条件运算符 ?:
赋值运算符 = += -= 等
逗号运算符 ,

注意

在不确定运算符优先级的情况下，建议使用括号明确表达式的计算顺序，这样可以提高代码可读性并避免潜在错误。

实际应用案例

案例1：简易计算器

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    double num1, num2, result;
    char op;
    
    cout << "简易计算器" << endl;
    cout << "请输入第一个数: ";
    cin >> num1;
    
    cout << "请输入操作符 (+, -, *, /): ";
    cin >> op;
    
    cout << "请输入第二个数: ";
    cin >> num2;
    
    switch(op) {
        case '+':
            result = num1 + num2;
            break;
        case '-':
            result = num1 - num2;
            break;
        case '*':
            result = num1 * num2;
            break;
        case '/':
            if(num2 != 0) {
                result = num1 / num2;
            } else {
                cout << "错误: 除数不能为零!" << endl;
                return 1;
            }
            break;
        default:
            cout << "错误: 无效的运算符!" << endl;
            return 1;
    }
    
    cout << num1 << " " << op << " " << num2 << " = " << result << endl;
    return 0;
}

案例2：位操作实现简单的权限系统

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

// 权限常量
#define READ_PERMISSION    0x1    // 0001
#define WRITE_PERMISSION   0x2    // 0010
#define EXECUTE_PERMISSION 0x4    // 0100
#define ADMIN_PERMISSION   0x8    // 1000

void printPermissions(unsigned char permissions) {
    cout << "权限: ";
    if(permissions & READ_PERMISSION)    cout << "读 ";
    if(permissions & WRITE_PERMISSION)   cout << "写 ";
    if(permissions & EXECUTE_PERMISSION) cout << "执行 ";
    if(permissions & ADMIN_PERMISSION)   cout << "管理员 ";
    cout << endl;
}

int main() {
    unsigned char userPermissions = 0;
    
    // 授予读和写权限
    userPermissions |= READ_PERMISSION;
    userPermissions |= WRITE_PERMISSION;
    printPermissions(userPermissions);  // 输出: 权限: 读 写
    
    // 授予执行权限
    userPermissions |= EXECUTE_PERMISSION;
    printPermissions(userPermissions);  // 输出: 权限: 读 写 执行
    
    // 检查是否有管理员权限
    if(userPermissions & ADMIN_PERMISSION) {
        cout << "用户有管理员权限" << endl;
    } else {
        cout << "用户没有管理员权限" << endl;
    }
    
    // 移除写权限
    userPermissions &= ~WRITE_PERMISSION;
    printPermissions(userPermissions);  // 输出: 权限: 读 执行
    
    // 切换执行权限
    userPermissions ^= EXECUTE_PERMISSION;
    printPermissions(userPermissions);  // 输出: 权限: 读
    
    // 切换回执行权限
    userPermissions ^= EXECUTE_PERMISSION;
    printPermissions(userPermissions);  // 输出: 权限: 读 执行
    
    return 0;
}

总结

本文全面介绍了C++中的各类运算符：

算术运算符用于数学计算，如加减乘除和取模等
赋值运算符用于给变量赋值，包括简单赋值和复合赋值
比较运算符用于比较两个值，返回布尔结果
逻辑运算符用于组合和操作布尔条件
位运算符对整数的二进制位进行操作，常用于底层编程
其他运算符如条件运算符、sizeof和逗号运算符等

理解和正确使用这些运算符对于编写高效、准确的C++程序至关重要。在使用复杂表达式时，可适当使用括号明确计算顺序，提高代码的可读性和可维护性。

练习题

为了加深理解，尝试完成以下练习：

编写一个程序，使用位运算符将一个整数乘以2和除以2
使用条件运算符编写一个程序，找出三个数中的最大值
实现一个温度转换程序，根据用户的选择，使用算术运算符在摄氏度和华氏度之间转换
编写一个程序，使用逻辑运算符验证用户年龄是否在18到60之间
使用位运算符编写一个程序，计算一个整数中二进制位1的个数

学习资源

《C++ Primer》- 提供了对C++运算符的详细解释
C++ 参考手册 - 在线资源，包含运算符的完整参考
GeeksforGeeks C++ 运算符 - 提供额外的示例和解释

掌握C++运算符为学习更复杂的编程概念奠定了坚实基础。继续练习和实践这些运算符的使用，将会逐渐提升你的C++编程能力！

运算符概述​

算术运算符​

使用示例​

赋值运算符​

使用示例​

比较运算符​

使用示例​

逻辑运算符​

使用示例​

位运算符​

使用示例​

其他重要运算符​

条件运算符（三元运算符）​

sizeof 运算符​

逗号运算符​

运算符优先级与结合性​

实际应用案例​

案例1：简易计算器​

案例2：位操作实现简单的权限系统​

总结​

练习题​

学习资源​

运算符概述

算术运算符

使用示例

赋值运算符

使用示例

比较运算符

使用示例

逻辑运算符

使用示例

位运算符

使用示例

其他重要运算符

条件运算符（三元运算符）

sizeof 运算符

逗号运算符

运算符优先级与结合性

实际应用案例

案例1：简易计算器

案例2：位操作实现简单的权限系统

总结

练习题

学习资源