C++表达式与运算符深度解析

### C++ 表达式与运算符深度解析 #### 1. 命令行参数与输入流 在编程中，`istringstream` 是一种特殊的输入流，它可以从字符串参数中读取数据。当读取到字符串末尾时，它会像其他输入流一样失效。使用 `istringstream` 时，需要包含 `<sstream>` 头文件。 修改 `main()` 函数以接受多个命令行参数并不困难，但在某些情况下并非必要，因为可以将多个表达式作为一个参数传递。例如： ```cpp dc "rate=1.1934;150/rate;19.75/rate;217/rate" ``` 这里使用引号是因为在 UNIX 系统中，`;` 是命令分隔符，不同系统在程序启动时传递参数的约定可能不同。 在输入例程中，为了灵活使用不同的输入源，将所有输入例程从使用 `cin` 改为使用 `*input` 并不是一个优雅的做法。如果从一开始就引入类似 `input` 的机制，可能就可以避免这种修改。实际上，输入源应该作为计算器模块的一个参数。当前计算器示例的根本问题在于，所谓的“计算器”只是一组函数和数据的集合，没有一个明确表示计算器的模块或对象。 #### 2. 代码风格 对于不熟悉关联数组的程序员来说，使用标准库的 `map` 作为符号表可能看起来像是作弊，但实际上标准库和其他库就是为了被使用而设计的。通常，库在设计和实现上比程序员为单个程序手工编写的代码更加精心。 观察计算器的代码，尤其是第一个版本，可以发现其中很少有传统的 C 风格的底层代码。许多传统的复杂细节已经被标准库类（如 `ostream`、`string` 和 `map`）的使用所取代。同时，代码中算术运算、循环和赋值操作相对较少，这在不直接操作硬件或实现底层抽象的代码中是合理的。 #### 3. 运算符总结 C++ 中的运算符种类繁多，下面是一些常见运算符的总结： | 运算符分类 | 运算符 | 示例 | | --- | --- | --- | | 作用域解析 | `class_name :: member`、`namespace_name :: member`、`:: name`、`:: qualified-name` | `MyClass::myMember` | | 成员选择 | `object . member`、`pointer -> member` | `obj.member`、`ptr->member` | | 下标操作 | `pointer [ expr ]` | `arr[5]` | | 函数调用 | `expr ( expr_list )` | `func(arg1, arg2)` | | 值构造 | `type ( expr_list )` | `int(3.14)` | | 后置递增/递减 | `lvalue ++`、`lvalue --` | `i++`、`i--` | | 类型识别 | `typeid ( type )`、`typeid ( expr )` | `typeid(int)`、`typeid(obj)` | | 类型转换 | `dynamic_cast < type > ( expr )`、`static_cast < type > ( expr )`、`reinterpret_cast < type > ( expr )`、`const_cast < type > ( expr )` | `dynamic_cast<Base*>(derivedPtr)` | | 大小操作 | `sizeof expr`、`sizeof ( type )` | `sizeof(int)` | | 前置递增/递减 | `++ lvalue`、`-- lvalue` | `++i`、`--i` | | 位操作 | `~ expr`、`& expr`、`^ expr`、`| expr`、`<< expr`、`>> expr` | `~num`、`num1 & num2` | | 逻辑操作 | `&& expr`、`|| expr`、`! expr` | `a && b` | | 赋值操作 | `lvalue = expr`、`lvalue *= expr`、`lvalue /= expr` 等 | `i = 5`、`i *= 2` | | 条件表达式 | `expr ? expr : expr` | `a > b ? a : b` | | 异常抛出 | `throw expr` | `throw MyException()` | | 逗号操作 | `expr , expr` | `a = (b, c)` | 运算符的优先级和结合性规则反映了最常见的使用方式。例如，`if (i<=0 || max<i)` 等价于 `if ( (i<=0) || (max<i) )`，而不是 `if (i <= (0||max) < i)`。在使用运算符时，如果对规则有疑问，应该使用括号来明确分组。 下面是运算符优先级和结合性的简单示意图： ```mermaid graph LR A[高优先级] --> B[一元运算符、赋值运算符（右结合）] B --> C[其他运算符（左结合）] C --> D[低优先级] ``` #### 4. 运算符结果 算术运算符的结果类型由“通常的算术转换”规则决定，目标是产生“最大”操作数类型的结果。例如，如果二元运算符有一个浮点操作数，则使用浮点运算，结果为浮点值；如果有一个 `long` 操作数，则使用长整数运算，结果为 `long`。小于 `int` 的操作数（如 `bool` 和 `char`）在应用运算符之前会转换为 `int`。 关系运算符（如 `==`、`<=` 等）产生布尔结果。用户定义运算符的含义和结果类型由其声明决定。 在逻辑可行的情况下，接受左值操作数的运算符的结果是一个表示该左值操作数的左值。例如： ```cpp void f(int x, int y) { int j = x = y; int* p = &++x; int* q = &(x++); int* pp = &(x>y?x:y); } ``` 如果 `?:` 的第二和第三个操作数都是左值且类型相同，则结果是该类型的左值。这种保留左值的方式在使用运算符时提供了更大的灵活性，特别是在编写需要统一高效处理内置类型和用户定义类型的代码时。 `sizeof` 的结果是一个无符号整数类型 `size_t`，指针减法的结果是一个有符号整数类型 `ptrdiff_t`。实现通常不会检查算术溢出，例如： ```cpp void f() { int i = 1; while (0 < i) i++; cout << "i has become negative!" << i << '\n'; } ``` 这段代码最终会尝试将 `i` 增加到超过最大整数，此时结果是未定义的，通常值会“回绕”为负数。 #### 5. 表达式求值顺序 表达式中子表达式的求值顺序是未定义的，不能假设表达式是从左到右求值的。例如： ```cpp int x = f(2)+g(3); ``` 这里无法确定 `f()` 和 `g()` 哪个先被调用。 不过，逗号运算符 `,`、逻辑与运算符 `&&` 和逻辑或运算符 `||` 保证其左操作数先于右操作数求值。对于内置类型，`&&` 的右操作数只有在其左操作数为 `true` 时才会求值，`||` 的右操作数只有在其左操作数为 `false` 时才会求值，这被称为短路求值。 需要注意的是，逗号运算符 `,` 与函数调用中用于分隔参数的逗号在逻辑上是不同的。例如： ```cpp f1(v[i] ,i++); f2( (v[i] ,i++) ); ``` `f1` 调用有两个参数，参数表达式的求值顺序未定义；`f2` 调用有一个参数，逗号表达式 `(v[i] ,i++)` 等价于 `i++`。 可以使用括号来强制分组，例如 `a*b/c` 表示 `(a*b)/c`，要得到 `a*(b/c)` 必须使用括号。在许多浮点计算中，`a*(b/c)` 和 `(a*b)/c` 有显著差异，编译器会按照代码的书写方式求值。 #### 6. 运算符优先级 运算符的优先级和结合性规