3. 运算符与表达式：算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、位运算符、赋值运算符、运算符优先级
运算符和表达式，说白了就是C++这门语言的「动作指令」。你定义变量是准备好了材料，而运算符就是告诉计算机怎么去加工这些材料。我刚开始学的时候，觉得这东西太简单了，不就是加减乘除嘛。结果后来在项目里踩了不少坑，才发现这里面的门道比想象中多。
这一章，我会把C++里最常用的几类运算符掰开揉碎了讲清楚。你跟着我走一遍，保证以后写代码心里有底。
3.1 算术运算符：最基础的数学工具
算术运算符就是我们从小用到大的加减乘除，但在C++里，它们有一些小脾气。
| 运算符 | 名称 | 示例 | 结果 |
|---|---|---|---|
| + | 加法 | 5 + 3 | 8 |
| - | 减法 | 5 - 3 | 2 |
| * | 乘法 | 5 * 3 | 15 |
| / | 除法 | 5 / 3 | 1（整数除法） |
| % | 取模（求余） | 5 % 3 | 2 |
这里有个坑，我必须要提醒你。整数除法会直接截断小数部分，不会四舍五入。比如 5 / 3 的结果是1，而不是1.666。我曾经在计算游戏里的伤害数值时，忘了这个细节，结果算出来的伤害总是少一截，排查了半天才发现是整数除法搞的鬼。
% 只能用于整数类型。如果你对浮点数取模，编译器会报错。另外，除数和取模的右操作数都不能为0，否则程序会崩溃。
自增自减运算符 ++ 和 -- 也是算术运算符里的常客。它们分前置和后置两种写法：
int a = 5;
int b = a++; // b = 5, a = 6（先赋值，后自增）
int c = ++a; // c = 7, a = 7（先自增，后赋值）我个人习惯在单独一行使用自增自减，比如 i++;，这样不会搞混。但在复杂表达式里混用，很容易写出让人看不懂的代码。嗯，这里要注意，面试题特别喜欢考这个。
3.2 关系运算符：比较大小与判断相等
关系运算符用来比较两个值之间的关系，结果是一个布尔值：true（真）或 false（假）。
| 运算符 | 名称 | 示例 | 结果 |
|---|---|---|---|
| == | 等于 | 5 == 3 | false |
| != | 不等于 | 5 != 3 | true |
| > | 大于 | 5 > 3 | true |
| < | 小于 | 5 < 3 | false |
| >= | 大于等于 | 5 >= 3 | true |
| <= | 小于等于 | 5 <= 3 | false |
新手最容易犯的错误，是把 == 写成 =。你想想看，一个是判断相等，一个是赋值，完全是两码事。我曾经在代码审查时看到有人写了 if (x = 5)，这个表达式永远为真，因为赋值操作返回的是被赋的值（5），而5是非零值，被当作 true 处理了。这种bug极难排查，因为编译器不会报错。
if (5 == x)。这样万一写成 if (5 = x)，编译器会直接报错，因为不能给常量赋值。这个习惯帮我避免了好几次低级错误。
3.3 逻辑运算符：组合多个条件
逻辑运算符用来组合多个布尔表达式，实现更复杂的判断逻辑。
| 运算符 | 名称 | 示例 | 结果 |
|---|---|---|---|
| && | 逻辑与（AND） | (5 > 3) && (2 < 4) | true |
| || | 逻辑或（OR） | (5 > 3) || (2 > 4) | true |
| ! | 逻辑非（NOT） | !(5 > 3) | false |
这里有个非常重要的特性叫「短路求值」。对于 &&，如果左边是 false，右边就不会执行了。对于 ||，如果左边是 true，右边也不会执行。
为什么会这样？因为结果已经确定了，没必要再浪费CPU时间去算右边。我曾经利用这个特性写过一段代码：
if (ptr != nullptr && ptr->value > 10) {
// 安全地使用指针
}如果 ptr 是空指针，左边为 false，右边根本不会执行，也就不会发生空指针解引用的崩溃。这就是短路求值的妙用。
3.4 位运算符：直接操作二进制位
位运算符直接操作整数的二进制位，在底层开发、嵌入式系统、性能优化中非常有用。说实话，做应用层开发可能用得不多，但理解了它，你对计算机的理解会上一个台阶。
| 运算符 | 名称 | 示例 | 二进制解释 |
|---|---|---|---|
| & | 按位与 | 5 & 3 | 0101 & 0011 = 0001 (1) |
| | | 按位或 | 5 | 3 | 0101 | 0011 = 0111 (7) |
| ^ | 按位异或 | 5 ^ 3 | 0101 ^ 0011 = 0110 (6) |
| ~ | 按位取反 | ~5 | ~0101 = 1010 (-6，补码表示) |
| << | 左移 | 5 << 1 | 0101 << 1 = 1010 (10) |
| >> | 右移 | 5 >> 1 | 0101 >> 1 = 0010 (2) |
左移一位相当于乘以2，右移一位相当于除以2（整数除法）。这个特性在性能敏感的场景下特别有用，因为位运算比乘除法快得多。我在做图像处理项目时，经常用移位运算来代替乘除，能省下不少CPU周期。
3.5 赋值运算符：给变量喂数据
最基本的赋值运算符就是 =，但C++还提供了一组复合赋值运算符，把运算和赋值合二为一。
| 运算符 | 示例 | 等价于 |
|---|---|---|
| += | a += 5 | a = a + 5 |
| -= | a -= 5 | a = a - 5 |
| *= | a *= 5 | a = a * 5 |
| /= | a /= 5 | a = a / 5 |
| %= | a %= 5 | a = a % 5 |
| &= | a &= 5 | a = a & 5 |
| |= | a |= 5 | a = a | 5 |
| <<= | a <<= 1 | a = a << 1 |
| >>= | a >>= 1 | a = a >> 1 |
我个人非常推荐使用复合赋值运算符。为什么？因为代码更简洁，而且变量只写一次，减少了出错的可能。比如 a += 5; 比 a = a + 5; 更不容易写错。
3.6 运算符优先级：谁先谁后？
当一个表达式里有多个运算符时，谁先计算？这就是优先级和结合性要解决的问题。我见过太多因为优先级搞错而引发的bug了。
下面这张表列出了常用运算符的优先级，数字越小优先级越高：
| 优先级 | 运算符 | 结合性 |
|---|---|---|
| 1（最高） | ::（作用域解析） | 左到右 |
| 2 | () [] -> . ++（后缀） --（后缀） | 左到右 |
| 3 | ++（前缀） --（前缀） +（正号） -（负号） ! ~ &（取地址） *（解引用） | 右到左 |
| 4 | ->* .* | 左到右 |
| 5 | * / % | 左到右 |
| 6 | + - | 左到右 |
| 7 | << >> | 左到右 |
| 8 | < <= > >= | 左到右 |
| 9 | == != | 左到右 |
| 10 | &（按位与） | 左到右 |
| 11 | ^（按位异或） | 左到右 |
| 12 | |（按位或） | 左到右 |
| 13 | && | 左到右 |
| 14 | || | 左到右 |
| 15 | ?:（三目运算符） | 右到左 |
| 16 | = += -= *= /= %= &= |= ^= <<= >>= | 右到左 |
| 17 | ,（逗号运算符） | 左到右 |
你不需要死记硬背这张表。我的建议是：拿不准的地方就加括号。括号的优先级最高，而且能让代码的意图一目了然。
比如：
// 这样写，别人可能看不懂
int result = a + b * c >> 1 & 0xFF;
// 加括号后，意图清晰
int result = ((a + (b * c)) >> 1) & 0xFF;我曾经在维护一个老项目时，看到一段没有括号的复杂表达式，花了整整一个下午才理清它的计算顺序。从那以后，我给自己定了个规矩：只要表达式里用了超过两种运算符，就加括号。
3.7 知识体系总览
下面这张图把本章涉及的运算符类型和它们之间的关系梳理清楚了，你可以把它当作一个快速参考。
cout 打印结果，看看是不是和你预想的一致。遇到不一致的地方，就去查优先级表，这样记得最牢。
好了，运算符和表达式的内容就讲到这里。这些东西看着简单，但用好了能写出非常优雅高效的代码。记住我反复强调的那句话：拿不准就加括号，别嫌麻烦。
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