C++ 运算符

C++ 中的运算符

运算符（operator）是一个符号，它指示编译器执行特定的数学、逻辑或操作运算。C++ 提供了一套丰富的内置运算符，主要分类如下：

• 算术运算符 (Arithmetic Operators)
• 关系运算符 (Relational Operators)
• 逻辑运算符 (Logical Operators)
• 位运算符 (Bitwise Operators)
• 赋值运算符 (Assignment Operators)
• 杂项运算符 (Miscellaneous Operators)（包括三元条件运算符、sizeof、类型转换、指针等）

本章将探讨这些运算符。

算术运算符

这些运算符执行标准的数学计算。

假设 int a = 10; 且 int b = 20;

运算符	名称	描述	示例
+	加法	将两个操作数相加	a + b // 结果是 30
-	减法	用第一个操作数减去第二个操作数	b - a // 结果是 10
*	乘法	将两个操作数相乘	a * b // 结果是 200
/	除法	用第一个操作数除以第二个操作数。如果两个操作数都是整数，则结果为整数。	b / a // 结果是 2
%	取模	计算整数除法的余数	b % a // 结果是 0
++	自增	将整数值增加一。前置自增 (++a) 在使用前增加，后置自增 (a++) 在使用后增加。	++a // a 变为 11, 结果是 11 a++ // a 变为 11, 结果是 10 (原始值)
—	自减	将整数值减少一。前置/后置行为与自增类似。	—a // a 变为 9, 结果是 9 a— // a 变为 9, 结果是 10 (原始值)

关系运算符

这些运算符比较两个操作数并返回一个布尔值 (true 或 false)。

假设 int a = 10; 且 int b = 20;

运算符	名称	描述	示例
==	等于	检查两个操作数的值是否相等。	(a == b) // 假
!=	不等于	检查两个操作数的值是否不相等。	(a != b) // 真
>	大于	检查左操作数的值是否大于右操作数。	(a > b) // 假
<	小于	检查左操作数的值是否小于右操作数。	(a < b) // 真
>=	大于或等于	检查左操作数的值是否大于或等于右操作数。	(a >= b) // 假
<=	小于或等于	检查左操作数的值是否小于或等于右操作数。	(a <= b) // 真

注意：C++20 引入了三路比较运算符 (<=>)，也称为飞船运算符 (spaceship operator)，它可以简化比较逻辑，但这些基本运算符仍然是必不可少的。

逻辑运算符

这些运算符作用于布尔操作数，通常用于组合关系表达式。

假设 bool condition1 = true; 且 bool condition2 = false;

运算符	名称	描述	示例
&&	逻辑与	仅当两个操作数都为 true 时，结果才为 true。使用短路求值（如果第一个操作数为 false，则不评估第二个）。	(condition1 && condition2) // 假
||	逻辑或	如果至少有一个操作数为 true，则结果为 true。使用短路求值（如果第一个操作数为 true，则不评估第二个）。	(condition1 || condition2) // 真
!	逻辑非	反转操作数的逻辑状态。true 变为 false，false 变为 true。	!condition1 // 假 !condition2 // 真

位运算符

这些运算符直接操作整数操作数的二进制（位）表示。

基本位运算的真值表：

p	q	p & q (AND)	p | q (OR)	p ^ q (XOR)
0	0	0	0	0
0	1	0	1	1
1	1	1	1	0
1	0	0	1	1

假设 unsigned int a = 60;（二进制 0011 1100）且 unsigned int b = 13;（二进制 0000 1101）。使用 unsigned int 可以避免此示例中的符号扩展复杂性。

a = 0011 1100
b = 0000 1101
-----------------
a & b = 0000 1100 (十进制 12)
a | b = 0011 1101 (十进制 61)
a ^ b = 0011 0001 (十进制 49)
~a    = 1100 0011 (取决于 int 大小和符号性；对于无符号 8 位：195。对于使用二进制补码的有符号 8 位，它可能表示 -61)

运算符	名称	描述	示例 (使用 a=60, b=13)
&	按位与	如果两个操作数中都存在某位，则将该位复制到结果中。	(a & b) // 结果是 12 (0000 1100)
|	按位或	如果任一操作数中存在某位，则将该位复制。	(a | b) // 结果是 61 (0011 1101)
^	按位异或	如果仅在一个操作数中设置了某位，则复制该位。	(a ^ b) // 结果是 49 (0011 0001)
~	按位取反	一元运算符；翻转其操作数的所有位。	(~a) // 结果取决于整数大小和符号性。对于 32 位无符号 int，它是一个很大的正数。对于有符号 int，通常由于二进制补码而导致结果为 -(a+1)。
<<	左移	将左操作数的位向左移动右操作数指定的位数。用零填充空出的位。	a << 2 // 结果是 240 (1111 0000)
>>	右移	将左操作数的位向右移动。对于有符号类型，最左侧空出的位的行为是实现定义的（通常是符号位复制 - 算术右移），而无符号类型用零填充（逻辑右移）。	a >> 2 // 结果是 15 (0000 1111)

赋值运算符

这些运算符将值赋给变量。复合赋值运算符提供了常见操作的简写形式。

假设 int c = 0; int a = 10; int b = 20;

运算符	名称	描述	示例
=	简单赋值	将右操作数的值赋给左操作数。	c = a + b; // c 变为 30
+=	加并赋值	将右操作数加到左操作数，并将结果赋给左操作数。	c += a; // 等同于 c = c + a;
-=	减并赋值	从左操作数中减去右操作数，并将结果赋给左操作数。	c -= a; // 等同于 c = c - a;
*=	乘并赋值	将左操作数乘以右操作数，并将结果赋给左操作数。	c *= a; // 等同于 c = c * a;
/=	除并赋值	将左操作数除以右操作数，并将结果赋给左操作数。	c /= a; // 等同于 c = c / a;
%=	取模并赋值	使用两个操作数计算模，并将结果赋给左操作数。	c %= a; // 等同于 c = c % a;
<<=	左移并赋值	执行按位左移并赋值。	c <<= 2; // 等同于 c = c << 2;
>>=	右移并赋值	执行按位右移并赋值。	c >>= 2; // 等同于 c = c >> 2;
&=	按位与并赋值	执行按位与并赋值。	c &= a; // 等同于 c = c & a;
^=	按位异或并赋值	执行按位异或并赋值。	c ^= a; // 等同于 c = c ^ a;
|=	按位或并赋值	执行按位或并赋值。	c |= a; // 等同于 c = c | a;

杂项运算符

C++ 中的其他重要运算符：

运算符	名称	描述	示例
sizeof	sizeof 运算符	返回数据类型或变量的大小（以字节为单位）。结果类型是 size_t。大小可能因平台/编译器而异。	sizeof(int) // 返回 int 的大小（例如，4） sizeof(myVariable) // 返回 myVariable 的大小
?:	三元条件运算符	语法：条件 ? ValueIfTrue : ValueIfFalse。评估条件。如果为 true，则返回 ValueIfTrue；否则，返回 ValueIfFalse。	int maxVal = (a > b) ? a : b;
,	逗号运算符	顺序评估多个表达式，从左到右。整个表达式的结果是最右边表达式的值。常用于 for 循环中。	x = (a++, b++); // 先递增 a，然后递增 b，最后将 b 的原始值赋给 x
. (点) 和 -> (箭头)	成员访问运算符	. 用于访问对象的成员（变量或函数）。-> 用于通过指向对象的指针访问成员。	myObject.member myPointer->member (等同于 (*myPointer).member)
Casting Operators	类型转换	将一个数据类型的值转换为另一个。现代 C++ 更倾向于显式转换：static_cast、dynamic_cast、const_cast、reinterpret_cast。避免使用 C 风格转换 ((type)value 或 type(value))。	int i = static_cast<int>(2.718); // i 变为 2 float f = static_cast<float>(i);
&	取地址运算符	一元运算符；返回其操作数的内存地址。	int* ptr = &myVariable; // ptr 存储 myVariable 的地址
*	解引用运算符	一元运算符；访问指针所持有的内存地址处存储的值。	int value = *ptr; // value 获取 ptr 指向的内容

C++ 中的运算符优先级

运算符优先级决定了表达式中运算符的评估顺序。优先级较高的运算符在优先级较低的运算符之前被评估。结合性定义了具有相同优先级的运算符的评估顺序（从左到右或从右到左）。

例如，在 x = 7 + 3 * 2; 中，乘法 (*) 的优先级高于加法 (+)，因此先评估 3 * 2（结果为 6），然后是 7 + 6（结果为 13）。x 变为 13。

使用括号 () 来覆盖优先级或提高清晰度：x = (7 + 3) * 2; 将导致 x 为 20。

以下是 C++ 运算符优先级（从高到低）和结合性的总结：

类别	运算符	结合性
作用域解析 (Scope Resolution)	::	从左到右
后缀/主运算符 (Postfix/Primary)	() [] . -> ++ -- typeid static_cast dynamic_cast const_cast reinterpret_cast	从左到右
一元/前缀运算符 (Unary/Prefix)	+ - ! ~ ++ -- * & sizeof new delete (type) noexcept alignof	从右到左
成员指针访问 (Member Pointer Access)	.* ->*	从左到右
乘法类运算符 (Multiplicative)	* / %	从左到右
加法类运算符 (Additive)	+ -	从左到右
移位运算符 (Shift)	<< >>	从左到右
三路比较 (C++20) (Three-way comparison)	<=>	从左到右
关系运算符 (Relational)	< <= > >=	从左到右
相等性运算符 (Equality)	== !=	从左到右
按位与 (Bitwise AND)	&	从左到右
按位异或 (Bitwise XOR)	^	从左到右
按位或 (Bitwise OR)	|	从左到右
逻辑与 (Logical AND)	&&	从左到右
逻辑或 (Logical OR)	||	从左到右
条件运算符 (三元) (Conditional (Ternary))	?:	从右到左
赋值运算符 (Assignment)	= += -= *= /= %= <<= >>= &= ^= |=	从右到左
Throw 表达式 (Throw expression)	throw	从右到左
逗号运算符 (Comma)	,	从左到右

有关权威的优先级表，请参阅 cppreference.com 等资源。如有疑问，请使用括号！