第5章 表达式
C++提供了丰富的操作符，并定义操作数为内置类型时，这些操作符的含义，除此之外，C++还支持操作符重载，允许程序员自定义用于类类型时操作符的含义，操作符 执行什么操作 以及 操作的结果的类型，取决于 操作数的类型，操作符 对其操作数的类型 有要求，如果操作符应用于内置或复合类型的操作数，则由C++语言定义其类型要求，如，用于内置类型对象的解引用操作符要求其操作数必须是指针类型
C++提供了一元操作符和二元操作符，作用于一个操作数上的操作符称为一元操作符，作用于两个操作数上的操作符称为二元操作符，二元操作符，要求它的两个操作数具有相同的数据类型，或者其类型可以转换为同一种数据类型，有些符号 既可以表示一元操作也可以表示二元操作，C++还提供了一个使用三个操作数的三元操作符
表达式 由一个或多个操作数 通过操作符 组合而成，最简单 的表达式仅包含一个字面值常量 或 变量，较复杂的表达式 则由操作符以及一个或多个操作数构成，每个表达式都会产生一个结果，如果表达式中没有操作符，则其结果就是操作数本身的值，除了特殊用法（ 变量是左值，内存中有类型的区域 ），表达式的结果是右值，可以读取该结果值，但是不允许对它进行赋值，要 理解由多个操作符组成的表达式，必须先理解 操作符的优先级、结合性 和 操作数的求值顺序
5.1 算术操作符
算术操作符都是 左结合，优先级相同时，操作符从左向右依次与操作数结合
一元正号操作符返回操作数本身，对操作数不作任何修改，二元+、-操作符也可以用于指针值，算术操作符 +、-、*、/ 具有直观的含义：加法、减法、乘法和除法，操作符 %称为求余或求模操作符，用于计算左操作数除以右操作数的余数，如果两个操作数都是负，求模的结果则为负或零，如果只有一个操作数为负数，求模的结果及符号取决于机器
5.2 关系操作符和逻辑操作符
关系操作符和逻辑操作符 使用算术 或 指针类型的操作数，并返回bool类型的值
逻辑操作符将其操作数视为条件表达式，首先对操作数求值，若结果为0，则条件为假，否则为真
不应该串接使用关系操作符：关系操作符（<、 <=、 >、 >=）具有左结合性，由于关系操作符返回bool类型的结果，如果把多个关系操作符串接起来使用，结果往往出乎预料
逻辑与和逻辑或操作符总是先计算其左操作数，然后再计算其右操作数，只有在仅靠左操作数的值无法确定该逻辑表达式的结果时，才会求解其右操作数，这种求值策略为短路求值，逻辑非操作符将其操作数视为条件表达式，产生与其操作数值相反的条件值
5.3 位操作符
位操作符 使用 整形 的操作数，还可以用于 bitset类型 的操作数，位操作符将其整形操作数视为二进制位的集合，为每一位提供检验和设置的功能
对于位操作符，由于系统不能确保如何处理其操作数的符号位，建议使用unsigned整形操作数，位求反操作符 将操作数的每一个二进制位取反，移位操作符 的右操作数标志要移动的位数，不可以是负数，而且必须严格小于左操作数位数的值，位与操作符 需要两个整形操作数，位异或（互斥或）操作符，也需要两个整形操作数，在每个位的位置，如果两个操作数对应的位只有一个（不是两个）为1，则操作结果中该位为1，否则为0
5.3.1 bitset对象或整形值的使用
标准库提供的bitset操作更直接、更容易阅读和书写、正确使用的可能性更高，而且bitset对象的大小不受unsigned数的位数限制，优于整形数据的低级直接位操作
bitset<8> bs; bs.set(2 ); //bs|= (1UL<<2); cout << bs[2]; //cout << bs; //bitset对象不能与整形&操作 //bs.reset(2 ); //bs&= ~(1UL<<2);
5.3.2 将移位操作符用于IO
输入输出标准库（IO library）分别重载了位操作符>>和<<用于输入和输出，IO操作符为左结合，移位操作符具有中等优先级：其优先级比算术操作符低，比关系操作符、赋值操作符和条件操作符优先级高，若IO表达式的操作数包含了比IO操作符优先级低的操作符，相关优先级别将影响书写该表达式的方式，通常用圆括号强制先实现右结合
5.4 赋值操作符
赋值操作符的 左操作数 必须是 非const的左值，数组名是不可修改的左值：因此数组不可用作赋值操作的目标，下标和解引用操作符都返回左值，作用于非const数组时，其结果可以作为赋值操作的左操作数，赋值表达式的值是其左操作数的值，其结果的类型为左操作数的类型，赋值操作将其右操作数的值赋给左操作数，当左右操作数的类型不同时，该操作实现的类型转换可能会修改被赋的值
5.4.1 赋值操作的右结合性
赋值操作返回左值，C++语言允许将多个赋值操作写在一个表达式中，与其他二元操作符不同，赋值操作具有右结合性，当表达式含有多个赋值操作符时，从右向左结合，多个赋值操作中，各对象必须具有相同的数据类型，或者具有可转换为同一类型的数据类型
5.4.2 赋值操作具有低优先级
通常的用法，是将赋值操作写在条件表达式中，把赋值操作用作长表达式的一部分，赋值操作上 加上圆括号 是必须的，因为赋值操作符的优先级低于不等操作符
5.4.3 复合赋值操作符
在对某个对象做某种操作（算术操作或位操作）后，再将操作结果重新赋给该对象，称为复合赋值操作，使用复合赋值操作时，左操作数只计算了一次
5.5 自增和自减操作符
自增和自减操作符为对象加1或减1操作提供了方便简短的实现方式，它们有前置和后置两种使用形式，只有在必要时才使用后置操作符，后置操作符必须先保存操作数原来的值，以便返回未加1或未减1之前的值作为操作的结果， 后自增操作的优先级高于解引用操作
5.6 箭头操作符
C++语言为包含点操作符和解引用操作符的表达式（ ( * ) . ）提供了一个同义词：箭头操作符（ -> ），a synonym for a dereference followed by the dot operator.
5.7 条件操作符
条件操作符是C++中唯一的三元操作符，它允许将简单的if-else判断语句嵌入表达式，条件操作符的语法格式为：cond ? expr1 : expr2;，条件操作符的优先级相当低，当我们要在一个更大的表达式中嵌入条件表达式时，通常必须用圆括号把条件表达式括起来
5.8 sizeof操作符
sizeof操作符的作用是返回一个对象 或 类型名的长度，返回值的类型是size_t，长度的单位是字节，sizeof表达式的结果是编译时常量，该操作符有以下三种语法形式：sizeof (type name); sizeof(expr); sizeof expr;，将sizeof应用在表达式expr上，将获得 该表达式的结果的类型长度，并没有计算表达式expr的值
使用sizeof的结果部分地依赖所涉及的类型： 对 char类型 或 值为char类型的表达式 做sizeof操作保证得1； 对引用类型sizeof操作 将返回 存放引用类型对象所需的内存空间大小； 对指针做sizeof操作 将返回 存放指针所需的内存大小，注意：如果要获取该指针所指向对象的大小，则必须对该指针进行解引用； 对数组做sizeof操作 等效于对其元素类型做sizeof操作的结果乘以数组元素的个数，sizeof返回整个数组内存的存储长度，用sizeof数组的结果除以sizeof其元素类型的结果，即可求出数组元素的个数
double *p; //p持有无效地址 cout << sizeof *p; //没有计算表达式 *p ，获取指针指向对象的大小 //8
5.9 逗号操作符
逗号表达式是一组由逗号分隔的表达式，这些表达式从左向右计算，逗号表达式的结果是其最右边表达式的值，如果最右边的操作数是左值，则逗号表达式的值也是左值
5.10 复合表达式的求值
含有两个或更多操作符的表达式称为复合表达式，在复合表达式中，操作数和操作符的结合方式决定了整个表达式的值，表达式的结果会因为操作符和操作数的分组结合方式的不同而不同，操作符的分组结合方式取决于操作符的优先级和结合性，优先级规定的是操作数的结合方式，并没有说明操作数的计算顺序
5.10.1优先级
当操作符的优先级相同时，由其结合性决定求解次序，算术操作具有左结合性，圆括号凌驾于优先级之上，使用圆括号的表达式将用圆括号括起来的子表达式视为独立单元 先计算，其他部分则以普通的优先级规则处理
5.10.2 结合性
结合性规定了具有相同优先级的操作符如何分组
C++全部操作符优先级顺序表：该表以横线分割成不同的段，每段内各个操作符的优先级相同，且都高于后面各段中的操作符
5.10.3 求值顺序
&&和 ||操作符 计算其操作数的次序：当且仅当其右操作数确实影响了整个表达式的值时，才计算这两个操作符的右操作数；规定了操作数计算顺序的操作符还有 条件和逗号操作符，除此之外，其他操作符并未指定其操作数的求值顺序
处理复合表达式的两个指导原则：如果有怀疑，则在表达式上按程序逻辑要求使用圆括号强制操作数的组合；如果要修改操作数的值，则不要在同一个语句的其他地方使用该操作数
//一个表达式里，不要在两个或更多的 子表达式中对同一对象 做自增或自减操作 if( arr[index] < arr[index + 1]){ //do whatever } ++index;
5.11 new 和 delete 表达式
使用new和delete表达式可以动态创建和释放数组或单个对象，动态创建对象，只需指定其数据类型，而不必为该对象命名，new表达式返回指向新创建对象的指针，通过指针来访问对象
C++使用直接初始化语法规则，初始化动态创建的对象，如果 提供了初值，new表达式分配到所需要的内存后，用给定的初值初始化该内存空间，如果不显式初始化，动态创建的对象与 在函数内定义的变量初始化方式 相同
可以在类型名后面使用一对内容为空的圆括号对动态创建的对象做 值初始化，内容为空的圆括号表示虽然做初始化，但实际上并未提供特定的初值，对于提供了默认构造函数的类类型，没有必要对其对象进行值初始化
内置类型const对象 或 未提供默认构造函数的类类型const对象必须显式初始化，尽管程序员不能改变const对象的值，但可以撤销对象本身
const int *p = new const int(1024); //*x = 2048; delete p;
动态创建的对象用完后，程序员必须显式地将该对象用的内存返回给自由储存区，C++提供了delete表达式释放指针所指向的地址空间，如果指针指向的不是用new分配的每次空间，则在该指针上使用delete是不合法的，如果指针的值为0，则在其上做的delete操作是合法的，一旦删除了指针所指向的对象，立即将其置为0
5.12 类型转换
表达式是否合法取决于操作数的类型，合法表达式其含义也由其操作数类型决定，若两种类型相关（如果两个类型之间可以相互转换，称为两个类型相关），则可在需要某种类型的操作数位置上，使用该类型的相关类型对象或值
两个不同类型的值，在执行算术操作之前，将两个操作数转换为同一种数据类型，这些转换规则由编译器自动执行，被称为隐式类型转换
C++定义了算术类型之间的内置转换以尽可能防止精度损失，如果表达式的操作数分别为整形和浮点型，则整形的操作数被转为浮点型，在赋值操作中，因为不可能更改做操作数对象的类型，因此左操作数的类型占主导地位，如果赋值操作的左右操作数类型不同，则右操作数会被转换为左边的类型
5.12.1 何时发生隐式类型转换
在下列情况下，将会发生隐式转换：在混合类型的表达式中，其操作数被转换为相同的类型；用作条件的表达式被转换为bool类型；用一表达式初始化某个变量，或将一表达式赋值给某个变量，则该表达式被转换为该变量的类型
5.12.2 算术转换
C++语言为内置类型提供了一组转换规则，其中最常用的是算术转换，算术转换保证在执行操作之前，将二元操作符的两个操作数转换为同一类型，并使表达式的值也具有相同的类型
5.12.3 其他隐式转换
指针转换：在使用数组时，大多数情况下数组都会自动转换为指向第一个元素的指针，不将数组转换为指针的例外情况：数组用作取地址操作符的操作数或sizeof操作符的操作数时，或用数组对数组的引用进行初始化时，不会将数组转换为指针，另外两种指针转换：指向 任意数据类型的指针 都可以转换为void*类型，整形数值常量0可转换为任意指针类型
算术值和指针都可以转换为bool类型，bool对象也可以转换为int型，C++自动将枚举类型的对象或枚举成员转换为整形，其转换结果可用于任何要求使用整形值得地方
当使用非const对象初始化const对象的引用时，系统将非const对象转换为const对象，将非const对象的地址（或非const指针）转换为指向相关const类型的指针，类类型可以定义由编译器自动执行的类型转换
5.12.4 显式转换
显式转换也称为强制类型转换(cast )，包括一下列名字命名的 强制类型转换操作符：static_cast、 dynamic_cast、 const_cast、 reinterpret_cast
5.12.5 何时需要强制类型转换
因为要 覆盖通常的标准转换，所以需要显式使用强制类型转换，显式使用强制类型转换的另一个原因是：可能存在多种转换时，需要选择一种特定的类型转换
5.12.6 命名的强制类型转换
命名的强制类型转换符号的一般形式：cast-name<type>(expression ); ，其中cast-name为static_cast 、dynamic_cast 、const_cast、 reinterpret_cast之一，type为转换的目标类型，expression是被强制转换的值
dynamic_cast 支持运行时识别指针或引用所指向的对象（见18.2节），const_cast 转换掉表达式的const性质，static_cast编译器隐式执行的任何类型转换都可以由static_cast显式完成，当需要将一个较大的算术类型赋值给较小的类型时，使用强制转换非常有用，如果编译器不提供自动转换，使用static_cast来执行类型转换也是很有用的，reinterpret_cast 通常 为操作数的位模式提供较低层次的重新解释，其本质上依赖于机器，要求完全理解所涉及的数据类型，以及编译器实现强制类型转换的细节
5.12.7 旧式强制类型转换
在引入命名的强制类型转换操作符之前，显式强制转换用圆括号将类型括起来实现，效果与使用reinterpret_cast符号相同，但这种强制转换的可视性比较差，标准C++为了加强类型转换的可视性，引入命名的强制转换操作符，为程序员在必须使用强制转换时提供了更好的工具
旧式强制转换符号有两种形式：type (expr); (type) expr;，旧式强制转换依赖于所涉及的数据类型，具有与const_cast、static_cast、 reinterpret_cast一样的行为，在合法使用static_cast或const_cast的地方，旧式强制转换提供了与各自对应的命名强制转换一样的功能，如果这两种强制转换均不合法，则旧式强制转换执行reinterpret_cast功能
const void* 与 命名的强制转换
#include <iostream> using namespace std; struct A{ int a; A():a(128) { } }; void f(const void *p){ //A* ap1 = (A*) p; //const A* ap1 = dynamic_cast<const A*>(p ); //source is not a pointer to class //const A* ap1 = static_cast<const A*>(p ); const A* ap1 = reinterpret_cast<const A*>(p ); { A* ap2 = const_cast<A*> (ap1 ); ap2->a = 256; } //ap1->a = 1024; //read only cout << ap1->a; } int main() { A* ap = new A; f(ap ); delete ap; return 0; }
