算术运算符

算术运算符应用标准数学运算符到其操作数。

溢出

无符号整数算术始终进行 modulo 2n
，其中 n 是该特定整数中的位数。例如对于 unsigned int ，加一到 UINT_MAX 给出 ​0​ ，而从 ​0​ 减一给出 UINT_MAX 。

有符号算术运算溢出（结果不符合结果类型）时，行为未定义：可以按照表示（典型为补码）的规则回卷，可以在某些平台上或由于编译器选项（例如 gcc 和 clang 中的 -ftrapv ）陷落，或完全被编译器优化掉。

浮点环境

若设置 #pragma STDC FENV_ACCESS 为 ON ，则所有浮点算术运算符遵循当前浮点舍入方向并报告 math_errhandling 中指定的错误，除非它们是静态初始化器的一部分（该情况下不引发浮点异常，而舍入模式为到最接近）。

浮点缩略

除非设置 #pragma STDC FP_CONTRACT 为 OFF ，否则可能如同中间结果拥有无限范围和精度一般进行所有浮点算术，这种优化省略若准确按写法求值表达式，则会观察到的舍入误差和浮点异常。例如，允许以单条融合乘加 CPU 指令实现 (x*y) + z ，或把 a = x*x*x*x; 优化成 tmp = x*x; a = tmp*tmp 。

与缩略无关，浮点算术的中间结果可以拥有异于其类型所指定的范围和精度，见 FLT_EVAL_METHOD 。

一元算术

一元算术运算符表达式拥有形式

一元加和一元减都首先应用整数提升到其操作数，然后

• 一元加返回提升后的值
• 一元减返回提升后值的相反数（除了 NaN 的相反数是另一 NaN ）

表达式类型为提升后的类型，而值类别为非左值。

注意

在典型（补码）平台上应用到 INT_MIN 、 LONG_MIN 或 LLONG_MIN 时，一元减引起有符号整数溢出所致的未定义行为。

C++ 中一元运算符 + 亦能用于其他内建类型，例如数组和函数，但 C 中不能。

#include <stdio.h>
#include <complex.h>
int main(void)
{
    char c = 'a';
    printf("sizeof char: %zu sizeof int: %zu\n", sizeof c, sizeof +c);
 
    printf("-1, where 1 is signed: %d\n", -1);
    printf("-1, where 1 is unsigned: %u\n", -1u);
 
    double complex z = 1 + 2*I;
    printf("-(1+2i) = %.1f%+.1f\n", creal(-z), cimag(-z));
}

sizeof char: 1 sizeof int: 4
-1, where 1 is signed: -1
-1, where 1 is unsigned: 4294967295
-(1+2i) = -1.0-2.0

加法性运算符

下列加法性算术运算符拥有形式

算术加法与减法

若两个操作数都拥有算术类型，则

• 首先，进行通常算术转换
• 然后，遵循数学规则，加或减操作数在提升后的值（对于减法，从 lhs 减去 rhs ），除了

• 若操作数之一为 NaN ，则结果为 NaN
• 同号无穷大减无穷大为 NaN 并引发 FE_INVALID
• 正无穷大加负无穷大为 NaN 并引发 FE_INVALID

复数和虚数加减法定义如下（注意若两个操作数均为虚数则结果类型为虚数，而若一个操作数为实数而另一为虚数，则结果为复数，同通常算术转换所指定）：

// 工作中
// 注意：采用 c/language/conversion 示例的一部分

指针算术

• 若指针 P 指向下标为 I 的数组元素，则

• P+N 与 N+P 是指向同一数组中下标为 I+N 的元素的指针
• P-N 是指向同一数组中下标为 I-N 的元素的指针

仅若原指针和结果指针都指向同一数组中的元素，或该数组的尾后一位置，行为才有定义。注意在 p 指向数组首元素时，执行 p-1 是未定义行为，并且在某些平台上可能失败。

• 若指针 P1 指向下标为 I 的数组元素（或尾后一位置）而 P2 是指向同一数组的下标为 J 的元素（或尾后一位置），则

• P1-P2 拥有等于 I-J 的值和 ptrdiff_t 类型（有符号整数类型，最大大小典型地为能声明的最大对象的一半）

仅若结果适合于 ptrdiff_t ，行为才有定义。

为指针算术的目的，把指向非数组元素的对象的指针当做指向大小为 1 的数组首元素的指针。

// 工作中
int n = 4, m = 3;
int a[n][m];     // 4 个 VLA 的 VLA ，每个有 3 个 int
int (*p)[m] = a; // p == &a[0] 
p = p + 1;       // p == &a[1] （ VLA 所用的指针算术一如平常）
(*p)[2] = 99;    // 更改 a[1][2]

乘法性运算符

下列乘法性运算符拥有形式

• 首先，进行通常算术转换。然后……

乘法

二元运算符 * 遵循通常算术定义，进行其操作数（在通常算术提升后）的乘法，除了

• 若操作数之一为 NaN ，则结果为 NaN
• 无穷大乘零给出 NaN 并引发 FE_INVALID
• 无穷大乘非零给出无穷大（即使对于复参数）

因为 C 中，任何带至少一个无穷大部分的复数值为无穷大，即使另一部分为 NaN ，故通常算术规则不应用于复复乘法。其他浮点操作数的组合遵循下表：

在无穷大处理外，不允许复数乘法上溢中间结果，除了在设置 #pragma STDC CX_LIMITED_RANGE 为 ON 时，该情况下可以如同 (x+iy)×(u+iv) = (xu-yv)+i(yu+xv) 一般计算值，因为假定了程序员负责限制操作数的范围并处理无穷大。

虽然不允许过度的上溢，复数乘法可能引发虚假的浮点异常（否则实现不上溢版本困难到近乎不可能）。

#include<stdio.h>
#include <stdio.h>
#include <complex.h>
#include <math.h>
int main(void)
{
 
 
// TODO 从 C++ 采取一些更简单的情况
 
 
   double complex z = (1 + 0*I) * (INFINITY + I*INFINITY);
// 教科书公式会给出
// (1+i0)(∞+i∞) ⇒ (1×∞ – 0×∞) + i(0×∞+1×∞) ⇒ NaN + I*NaN
// 但 C 给出复无穷大
   printf("%f + i*%f\n", creal(z), cimag(z));
 
// 教科书公式会给出
// cexp(∞+iNaN) ⇒ exp(∞)×(cis(NaN)) ⇒ NaN + I*NaN
// 但 C 给出 ±∞+i*nan
   double complex y = cexp(INFINITY + I*NAN);
   printf("%f + i*%f\n", creal(y), cimag(y));
 
}

inf + i*inf 
inf + i*nan

除法

二元运算符 / 遵循通常的算术定义，将第一操作数除以第二操作数（在通常算术转换后），除了

• 通常算术提升后的类型为整数类型时，结果为代数商（非分数），以实现定义方向取整 (C99 前)向零截断 (C99 起)
• 若操作数之一为 NaN ，则结果为 NaN
• 若第一操作数为复无穷大，而第二操作数为有限，则 / 运算符的结果为复无穷大
• 若第一操作数为有限而第二操作数为复无穷大，则 / 运算符的结果为零

因为 C 中，任何带至少一个无穷大部分的复数值为无穷大，即使另一部分为 NaN ，故通常算术规则不应用于复复除法。其他浮点操作数的组合遵循下表：

在无穷大处理外，不允许复数除法上溢中间结果，除了在设置 #pragma STDC CX_LIMITED_RANGE 为 ON 时，该情况下可以如同 (x+iy)/(u+iv) = [(xu+yv)+i(yu-xv)]/(u2
+v2
) 一般计算值，因为假定了程序员负责限制操作数的范围并处理无穷大。

虽然不允许过度的上溢，复数除法可能引发虚假的浮点异常（否则实现不上溢版本困难到近乎不可能）。

若第二操作数为零，则行为未定义，除非支持 IEE 浮点算术，且发生浮点除法，则

• 非零数除以 ±0.0 给出符号正确的无穷大并引发 FE_DIVBYZERO
• 0.0 除以 0.0 给出 NaN 并引发 FE_INVALID

余数

二元运算符 % 产出第一操作数除以第二操作数（在通常算术转换后）的余数。

余数的符号定义，使得若商 a/b 能以结果类型表示，则 (a/b)*b + a%b == a 。

若第二操作数为零，则行为未定义。

若商 a/b 不能以结果类型表示，则 a/b 和 a%b 的行为都未定义（这表明 INT_MIN%-1 在补码系统上未定义）。

注意：余数运算符不可用于浮点类型上，库函数 fmod 提供该功能。

逐位逻辑

逐位逻辑运算符拥有形式

首先，运算符 & 、 ^ 和 | 在两个操作数上进行通常算术转换，而运算符 ~ 在其唯一的操作数上进行整数提升。

然后，逐位应用对应的逻辑运算符；即按照应用到操作数的每位的逻辑运算（或、与、非、异或），设置或清除结果的对应位。

注意：位运算符常用于操作位集和位掩码。

注意：对于无符号类型（提升后），表达式 ~E 等价于结果类型的最大可表示值减 E 的原值。

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
int main(void)
{
    uint16_t mask = 0x00f0;
    uint32_t a = 0x12345678;
    printf("Value: %#x mask: %#x\n"
           "Setting bits:   %#x\n"
           "Clearing bits:  %#x\n"
           "Selecting bits: %#x\n",
           a,mask,(a|mask),(a&~mask),(a&mask));
}

Value: 0x12345678 mask: 0xf0
Setting bits:   0x123456f8
Clearing bits:  0x12345608
Selecting bits: 0x70

位移运算符

位移运算符表达式拥有形式

首先，在每个操作数上独自进行整数提升（注意：这不同于其他二元算术运算符，它们全都进行通常算术转换）。结果类型为 lhs 在提升后的类型。

对于无符号 lhs ， LHS << RHS 的值是 LHS * 2RHS
以返回类型最大值加 1 取模（即进行逐位左移，并舍弃移出目标类型的位）。对于有非负值的有符号 lhs ，若值能以 lhs 的提升后类型表示，则 LHS << RHS 的值是 LHS * 2RHS
，否则行为未定义。

对于无符号 lhs 和有非负值的有符号 lhs ， LHS >> RHS 的值是 LHS / 2RHS
的整数部分。对于负的 LHS ， LHS >> RHS 的值是实现定义的，大多数实现中，这进行算术右移（故结果仍为负）。从而在大多数实现中，右移有符号的 LHS 会以原符号位填充新的高位（即若原数非负则为 0 ，而若原数为负则为 1 ）。

任何情况下，若 rhs 为负或大于或等于提升后的 lhs 中的位数，则行为未定义。

#include <stdio.h>
enum {ONE=1, TWO=2};
int main(void)
{
    char c = 0x10;
    unsigned long long ulong_num = 0x123;
    printf("0x123 << 1  = %#llx\n"
           "0x123 << 63 = %#llx\n"   // 对无符号数，溢出截断高位
           "0x10  << 10 = %#x\n",    // char 被提升到 int
           ulong_num << 1, ulong_num << 63, c << 10);
    long long long_num = -1000;
    printf("-1000 >> 1 = %lld\n", long_num >> ONE);  // 实现定义
}

0x123 << 1  = 0x246
0x123 << 63 = 0x8000000000000000
0x10  << 10 = 0x4000
-1000 >> 1 = -500

引用