1-9 字面量与运算符介绍

字面量

考虑以下两个语句：

std::cout << "Hello world!";
int x { 5 };

什么是“Hello world!”和“5”？它们是字面量literal。字面量（也称为字面常量literal constant）是直接嵌入源代码中的固定值。

字面量和变量都具有值（以及类型）。不同于变量（其值可通过初始化和赋值分别设置和更改），字面量的值是固定的且不可更改。字面量 5 永远具有值 5。这就是字面量被称为常量的原因。

为进一步突出字面量与变量的区别，让我们考察这个简短程序：

#include <iostream>

int main()
{
    std::cout << 5 << '\n'; // print the value of a literal

    int x { 5 };
    std::cout << x << '\n'; // print the value of a variable
    return 0;
}

在第5行，我们向控制台输出数值5。编译器编译此代码时，会生成使std::cout输出数值5的代码。该数值5被编译到可执行文件中，可直接使用。

第7行创建名为x的变量并初始化为5。编译器将生成代码，将字面量5复制到x占用的内存位置。第8行打印x时，编译器生成的代码会使std::cout输出x内存位置的值（即5）。

因此两条输出语句实现相同效果（打印数值5）。但字面量可直接输出数值5，而变量则需从其代表的内存位置读取数值5。

这也解释了常量为何不可变而变量可变：常量值直接写入可执行文件，而该文件生成后不可修改；变量值存储在内存中，可执行文件运行期间内存值仍可被更新。

关键洞察:
字面量是直接嵌入源代码的值。这些值通常直接出现在可执行代码中（除非被优化掉）。

对象和变量代表存储值的内存位置。这些值可按需获取。

相关内容:
我们在第5.2节——字面量中将更深入地探讨字面量。

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运算符

在数学中，运算是一种涉及零个或多个输入值（称为操作数operands）的过程，该过程会产生一个新值（称为输出值）。要执行的具体运算由一个称为运算符operator的符号表示。

例如，孩童时期我们都学过2+3=5。在此例中，数字2和3是操作数，符号+则是运算符——它指示我们对操作数执行数学加法运算，从而得出新值5。

在C++中，运算符的行为符合预期。例如：

#include <iostream>

int main()
{
    std::cout << 1 + 2 << '\n';

    return 0;
}

在此程序中，常量 1 和 2 是加号运算符 (+) 的操作数，该运算符产生输出值 3。该输出值随后被打印到控制台。在 C++ 中，运算的输出值通常称为返回值 return value。

您可能已经非常熟悉数学中常用的标准算术运算符，包括加法addition（+）、减法subtraction（-）、乘法multiplication（*）和除法division（/）。在C++中，赋值assignment(=)同样属于运算符，此外还包括插入运算符insertion(<<)、提取运算符extraction(>>)和相等运算符extraction()。虽然大多数运算符都有专属符号（如+或），但也有若干运算符属于关键字（如new、delete和throw）。

作者注
出于将在详细讨论运算符时阐明的缘由，对于符号类型的运算符，通常会在单词“operator”后附加运算符符号。

例如，加法运算符将写为operator+，提取运算符则写为operator>>。

运算符作为输入所取的操作数数量称为该运算符的元数。很少有人知道这个词的含义，所以别在对话中突然抛出这个词，指望别人明白你在说什么。C++中的运算符有四种不同的元数：

一元Unary运算符作用于单个操作数。例如减号运算符（-）。以-5为例，运算符-将字面操作数5的符号翻转，生成新输出值-5。

二元Binary运算符作用于两个操作数（常称左操作数和右操作数，因左操作数位于运算符左侧，右操作数位于运算符右侧）。二元运算符的典型示例是加号运算符（+）。例如，在3 + 4的运算中，加号运算符将左操作数3与右操作数4进行数学加法运算，生成新输出值7。插入运算符（<<）和提取运算符（>>）属于二元运算符，其左侧接收std::cout或std::cin，右侧接收待输出的值或待输入的变量。

三元Ternary运算符作用于三个操作数。C++中仅有一种此类运算符（条件运算符），我们将在后续章节中介绍。

零元Nullary运算符作用于零个操作数。C++中同样仅有一种此类运算符（抛出运算符），我们也将稍后介绍。

需注意某些运算符根据使用方式具有多重含义。例如减号运算符-具有两种语境：可作为一元运算符取反数值符号（如将5转为-5或反之），也可作为二元运算符执行减法运算（如4 - 3）。

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运算符链式调用

运算符可进行链式调用，即一个运算符的输出可作为另一个运算符的输入。例如，在表达式 2 * 3 + 4 中，乘法运算符优先执行，将左操作数 2 与右操作数 3 转换为返回值 6（该值成为加法运算符的左操作数）。随后加法运算符执行，将左操作数6与右操作数4转换为新值10。

关于运算符的执行顺序，我们将在深入探讨运算符主题时详述。目前只需理解：算术运算符遵循标准数学运算顺序——括号Parenthesis优先，其次是指数运算Exponents，再是乘Multiplication除Division运算，最后是加Addition减Subtraction运算。该顺序常简写为PEMDAS，或展开为助记词“请原谅我亲爱的莎莉阿姨Please Excuse My Dear Aunt Sally”。

作者注:
在某些国家，PEMDAS的教学形式可能被替换为PEDMAS、BEDMAS、BODMAS或BIDMAS。

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返回值与副作用

C++ 中大多数运算符仅利用其操作数计算返回值。例如，-5 产生返回值 -5，2 + 3 产生返回值 5。少数运算符不产生返回值（如 delete 和 throw），其具体作用将在后续章节阐述。

某些运算符具有额外行为。当运算符（或函数）除返回值外还产生可观察到的效果时，称为具有副作用side effect。例如，x = 5 的副作用是将值 5 赋给变量 x。即使运算符执行完毕，x 的改变值仍可被观察到（例如通过打印 x 的值）。std::cout << 5 的副作用是将 5 打印到控制台。即使 std::cout << 5 执行完毕，我们仍可观察到 5 已被打印到控制台的事实。

术语定义:
在日常语言中，“副作用”一词通常指某件事（如服用药物）发生时产生的次要（往往是负面或意外的）结果。例如，口服抗生素的常见副作用是腹泻。因此，我们常将副作用视为需要避免的事物，或是与主要目标无关的附带现象。

在C++中，“副作用”具有不同含义：它指操作符或函数除返回值之外的可观察效应。

由于赋值操作具有改变对象值的可观察效果，因此被视为副作用。我们使用某些运算符（如赋值运算符）主要就是为了其副作用（而非运算符产生的返回值）。在这种情况下，副作用既有益又可预测（而返回值往往只是附带结果）。

对于高级读者:
对于我们主要因其返回值而调用的运算符（如 operator+ 或 operator*），其返回值通常显而易见（例如操作数的和或积）。

对于我们主要因其副作用而调用的运算符（如 operator= 或 operator<<），其返回值（若有）则未必清晰。例如，你认为 x = 5 的返回值是什么？

运算符=和运算符<<（用于向控制台输出值时）均返回左操作数。因此 x = 5 返回 x，而 std::cout << 5 返回 std::cout。此设计使这些运算符能够进行链式调用。

例如，x = y = 5 的计算过程为：x = (y = 5)。首先 y = 5 将 5 赋值给 y，该操作返回 y，随后 y 被赋值给 x。

std::cout << “Hello ” << “world!” 的计算过程为：(std::cout << “Hello ”) << “world!”。首先将“Hello ”打印到控制台。该操作返回 std::cout，随后可用于将“world!”同样打印到控制台。

关于运算符求值顺序的详细说明，请参见第6.1节——运算符优先级与结合律。

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测验时间

问题 #1

请指出下列各项产生的输出：

a)

std::cout << 3 + 4 << '\n';

显示答案

7

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b)

std::cout << 3 + 4 - 5 << '\n';

显示答案

2 

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c)

std::cout << 2 + 3 * 4 << '\n';

显示答案

14。乘法优先于加法，因此先计算 3 × 4，结果为 12。2 + 12 等于 14。

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d) 附加题：

int x { 2 };
std::cout << (x = 5) << '\n';

显示答案

5。x = 5 将值 5 赋给变量 x，然后返回 x。接着将 x 的值（此时为 5）打印到控制台。