C++入門之表達式

背景

C++中提供了很多操作符且定義了什么時候可以用于操作基本類型，其還允許我們定義用于操作class類型的操作符，接下來幾篇文章將會介紹C++中用于基本類型的操作符，與此同時也會介紹一些庫中操作符。一個表達式是由一個或多個操作符組成的并且返回一個結果。一個最簡單的表達式就是一個變量或者字面量，更加復雜的表達式是由一個操作符和一個或多個操作數組成。

基礎知識

C++中有一些影響表達式計算的基礎概念，所以我們在使用前需要先了解一下這些基本概念。

基本概念

C++中有一元運算符也有二元運算符，一元運算符就像是地址操作符&或者是解引用操作符，都是作用于一個操作數。類似==就是二元操作符，是作用在兩個操作數上的。還有一個三元運算符，其可以操作三個操作數，函數調用則不限制操作數的數量。其中像即可以是一元運算符（解引用符），也可以是二元運算符（乘法符號），在實際使用中由其所處的上下文環境決定。

理解這么多運算符需要理解運算符的優先級和結合性，這取決于操作數的運算順序，以下就是一個例子，*操作符的操作數可以是10和20，也可以是是10和20/2，或者是15和20/2，該如何理解這個表達式呢，接下來我們詳細說明。

操作數轉換

作為計算表達式的一部分，操作數會經常從一個類型轉換為另一個類型，例如二元運算符通常希望兩個操作數是同一個類型，這些運算符可以用于不同類型的操作數只要兩個操作可以轉化為同一個類型。例如我們可以將一個整型轉化成一個浮點型，但是我們無法將一個指針類型轉化為一個浮點型。

運算符重載

C++定義了應用于基本類型和復合類型的操作符含義，我們自己可以定義操作符作用于class類型時操作符的含義，這種定義給了已有操作符的其他含義，這種我們稱之為運算符重載。IO庫中的<<和>>操作符就是重載遠算符。

當我們使用重載運算符時，運算符的含義。操作數和最后的結果都取決于運算符是如何定義的，但是操作數的數量和優先級和結合性是不會改變的。

左值和右值

C++中的表達式不是左值（rvalue）就是右值（rvalue）,這個名稱是從C中繼承過來的，其是為了好記憶，左值可以在賦值的左邊，右值則不可以。在C++中左值和右值更好區分，一個左值表達式代表一個對象或者一個函數，然而需要注意的是一些左值表達式如const對象不能作為賦值操作符的左操作數。而且一些表達式產生對象但是是返回右值而不是返回左值?？偟膩碚f，當我將一個對象當作右值使用時返回的他的值，當作左值使用時返回的是其地址。

操作符在需要左值或者右值以及返回左值或者右值時是不同的，我們可以將一個左值當作右值使用，但是卻不能將右值當作左值使用。

當使用decltype時左值和右值也不同，當我對一個表達式使用decltype，如果表達式返回的是左值，函數返回則是引用，例如如果p 是int 類型，decltype(p)返回的時int&，如果運算表達式是右值如地址操作符如decltype(&p)返回int , 這是一個指針，指向一個指向int類型的指針。

優先級和結合性

一個表達式包含兩或兩個個以上的操作符的表達式是復合表達式，計算一個復合表達式需要將利用操作符將操作數分組，優先級和結合性決定如何分組，開發者也可以通過括號來強制分組。

通常表達式的值依賴于子表達式如何分組，操作數將會和優先級高的操作符結合在一起，例如乘和除的優先級相同，但是他們的優先級比加高，所以要先算乘除，后算加減。在優先級的相同的情況下由結合性決定如何分組，算術操作符是向左結合，這意味著在優先級相同的情況下從左向右分組：

• 因為優先級所以3 + 4 * 5結果是23而不是35
• 因為結合性所以20 - 15 - 3是2而不是8

運算順序

優先級決定了操作數如何被分組，但是其并未確定哪一個操作數先被運算，在絕大多數情況下這個順序是不固定的，例如在下面的例子中，我們知道f1和f2必須要在乘法執行前調用，然后將他們的結果相乘，但是我們并不知道f1和f2哪個先調用：

int i = f1() * f2();

對于沒有指定運算順序的操作符而言，一個表達式指向并改變同一個對象會發生錯誤，這么做的表達式會引發未定義的錯誤。一個簡單的例子，<< 操作符并不指定操作數的運算順序，其結果就是輸出表達式未知。

int i = 0;
std::cout<

有四個運算符是保證操作數的遠算順序，&&操作符先運算左邊，只有左邊為true才會運算右邊，|| , ?:和,也會確定操作順序。

成員獲取操作符

點操作符.和箭頭操作符->都能獲取到成員，點操作符可以獲取到class類型的成員，而箭頭操作符可以獲取到指針的成員：

string s1 = "a string", *p = &s1;
auto n = s1.size();
n = (*p).size();
n = p->size(); //等價于(*p).size()

?由于解引用符有優先級低于點操作符，所以我們需要使用括號改變遠算順序

?

條件操作符

條件操作符能夠簡化if-else的邏輯結構，通常的使用形式如下

cond?expr1 : expr2;

其中cond是一個條件，如果cond為true，運算expr1，反之則運算expr2，例子如下

string finalgrade = (grade < 60)? "failed" : "pass";

條件操作符也可以嵌套：

finalgrade = (grade > 90) ? "high pass": (grade < 60) ? "fail" : "pass";