C語言運算符與表達式深度解析：優先級、結合性與各類運算符詳解

運算符分類概覽

C 語言擁有極其豐富的運算符體系，這是其功能強大、表達靈活的核心特徵之一。運算符不僅有優先級之分，更具備結合性（左結合/右結合）特性，決定同優先級運算符的運算順序，這在高級語言中較為少見，也增加了理解複雜度。

十大運算符類別

1. 算術運算符：+ - * / % ++ --（7種）
2. 關係運算符：> < == >= <= !=（6種）
3. 邏輯運算符：&& || !（3種）
4. 位操作運算符：& | ~ ^ << >>（6種）
5. 賦值運算符：簡單 =、復合算術 += -= *= /= %=、復合位運算 &= |= ^= >>= <<=（共11種）
6. 條件運算符：?:（三目運算符）
7. 逗號運算符：,
8. 指標運算符：* &
9. 求位元組數運算符：sizeof
10. 特殊運算符：() [] -> .

優先級與結合性規則

C 語言運算符優先級共 15 級，第1級最高，第15級最低。表達式求值遵循：

1. 優先級高者先運算。
2. 同優先級時，按結合性決定順序：
   • 左結合性（自左至右）：如算術運算符 + - * / %，例：x - y + z 先算 x - y 再加 z。
   • 右結合性（自右至左）：典型如賦值運算符 =，例：x = y = z 先算 y = z 再算 x = (y = z)。單目運算符（++ -- ! ~ * & sizeof）、條件運算符 ?: 亦為右結合。

大量運算符為右結合，閱讀代碼時務必區分，避免誤解。

算術運算符與算術表達式

基本算術運算符特性

整數除法與求餘範例

void main() {
    printf("\n\n%d,%d\n", 20/7, -20/7);      // 輸出 2, -2（捨去小數）
    printf("%f,%f\n", 20.0/7, -20.0/7);  // 輸出 2.857..., -2.857...
}

void main() {
    printf("%d\n", 100 % 3);  // 輸出 1
}

自增/自減運算符（++、--）

單目運算，右結合性。四種形式語義差異極大，易出錯：

複雜表達式陷阱範例

void main() {
    int i = 8;
    printf("%d\n", ++i);  // 9
    printf("%d\n", --i);  // 8
    printf("%d\n", i++);  // 8 (輸出後 i=9)
    printf("%d\n", i--);  // 9 (輸出後 i=8)
    printf("%d\n", -i++); // -8 (輸出 -8，i=9)
    printf("%d\n", -i--); // -9 (輸出 -9，i=8)
}

void main() {
    int i = 5, j = 5, p, q;
    p = (i++) + (i++) + (i++);  // p = 5+6+7 = 18? 實際為 15 (三個舊值相加)，最後 i=8
    q = (++j) + (++j) + (++j);  // q = 6+7+8 = 21? 實際為 24 (三個新值相加)，最後 j=8
    printf("%d,%d,%d,%d", p, q, i, j);
}

關鍵：i++ 在同一表達式多次出現時，行為屬於未定義序列點（C標準未規定求值順序），不同編譯器結果可能不同，實務中應避免此類寫法。

賦值運算符與賦值表達式

簡單賦值 =

• 形式：變數 = 表達式
• 功能：計算右側值，賦予左側變數。
• 右結合性：a = b = c = 5 等價 a = (b = (c = 5))。
• C 語言將 = 定義為運算符，構成賦值表達式，可出現於表達式合法的任何位置，如 x = (a = 5) + (b = 8) 合法，x 得 13。
• 加分號即成賦值語句：x = 8; a = b = c = 5;

類型轉換規則（賦值號兩側類型不同時）

1. 實型 → 整型：捨去小數部份。
2. 整型 → 實型：數值不變，以浮點形式存儲（小數部份為 0）。
3. 字符型 → 整型：ASCII 碼值放入整型低 8 位，高 8 位為 0。
4. 整型 → 字符型：只取低 8 位賦予字符變數。

void main() {
    int a, b = 322;
    float x, y = 8.88;
    char c1 = 'k', c2;
    a = y;   // a = 8
    x = b;   // x = 322.0
    a = c1;  // a = 'k' 的 ASCII 碼 107
    c2 = b;  // c2 = 322 低8位 = 66 ('B')
    printf("%d,%f,%d,%c", a, x, a, c2);
}

復合賦值運算符

形式：變數 雙目運算符= 表達式，等價 變數 = 變數 運算符 表達式。
例：a += 5 ≡ a = a + 5；x *= y + 7 ≡ x = x * (y + 7)。
優點：有利於編譯器優化，生成更高效目標代碼。

逗號運算符與逗號表達式

• 形式：表達式1, 表達式2
• 求值：先算表達式1，再算表達式2，整體值為表達式2的值。
• 可嵌套擴展：exp1, exp2, ..., expn，整體值為 expn。
• 常用於需順序執行多運算且取最後值的場合，如 for 循環的初始化/遞增部分。
• 非所有逗號構成逗號表達式：變數宣告、函數參數表中的逗號僅為分隔符。

void main() {
    int a = 2, b = 4, c = 6, x, y;
    y = (x = a + b), (b + c);  // x=6, y=10 (整體值為 b+c)
    printf("y=%d, x=%d", y, x);
}

總結

精通 C 語言運算符需掌握：分類用途、優先級層級、結合性方向、類型轉換規則、副作用運算符（++/--/賦值）的求值順序陷阱。複雜表達式建議拆分為多語句，提升可讀性與可靠性。