第2章 第7、8节：运算符及表达式（一）（课件）-《C语言程序设计》（电子工业出版社）上好课

2.7、2.8节：运算符及表达式（一） C语言程序设计 电子工业出版社 掌握运算符基本概念与规则，理解表达式求值过程 熟练运用运算符编写表达式，培养代码调试与逻辑推理能力 培养严谨的编程思维与良好的编码习惯，提升专业兴趣 知识目标 能力目标 素养目标 01 01 01 学习目标 目录 Part 01 教学导入 Part 02 知识讲授 Part 03 师生互动 Part 04 课堂练习 Part 05 课堂小结 教学导入：编程中的“加减乘除” 生活中的计算难题 假设你有100元钱，买了3本书（每本25元）和一支5元的笔。请问，你还剩下多少钱？ 计算机如何理解？ 虽然我们心算很容易，但想让计算机帮我们计算，就需要用它能理解的“语言”来描述过程。这就是我们今天要学习的核心——运算符和表达式。 教学导入：基本运算符 运算符的概念与分类 功能丰富：C语言提供了丰富的运算符集合，用于实现复杂的运算逻辑。 算术运算：我们常用的加、减、乘、除等操作都属于算术运算符，是编程的基础。 核心要素：理解运算符的优先级和结合性，是编写正确表达式的关键。 知识讲授 运算符及表达式 算术与自增自减运算符 位运算与赋值运算 第一部分 算术与自增自减运算符 知识讲授 知识讲授 知识讲授：算术运算符 + 加法运算符 用于数值相加，也可作为正值运算符使用。 - 减法运算符 用于数值相减，也可作为负值运算符使用。 * 乘法运算符 用于计算两个数值的乘积。 / 除法运算符 用于计算两个数值的商，注意整数除法会舍去小数部分。 % 求余运算符 也称模运算符，用于计算两个整数相除后的余数。 知识讲授：除法与取余的特殊规则 除法运算符 ( / ) 当两个整数相除时，结果只保留整数部分，小数部分会被直接舍弃。 示例： 5 / 2 = 2 (整数除法，结果为整数，小数部分被舍弃) 7 / 3 = 2 (整数除法，结果为整数，小数部分被截断) 5.0 / 2 = 2.5 (浮点数除法，结果保留小数) 7 / 3.0 = 2.333... (浮点数除法，结果保留小数) 求余运算符 ( % ) 计算两数相除的余数。注意：两侧操作数必须都是整型数据。 示例： 5 % 3 = 2 -7 % 2 = -1 (结果的符号与被除数相同) 2 % -7 = 2 (结果的符号与被除数相同) // 错误用法：5.5 % 2 (包含浮点数) 知识讲授：算术表达式 基本定义 由算术运算符（如 +、-、*、/）和操作数组成的式子。操作数可以是常量、变量或另一个表达式。 关键规则 括号()可以改变运算的优先级，括号内的运算会优先进行，遵循“先乘除后加减，有括号先算括号里”的原则。 代码示例 2 + 3 * c 7 % 4 * a (3 + 1) 2 + 3 * c / 7 % 4 * (3 + 1) 例题分析1 问题描述 已知变量定义： int a = 10, b = 3; 解答与解析 计算结果： a / b =3(整数除法，舍去小数部分) a % b =1(取余数) 核心解析： 严格遵循整数除法和取余运算的规则，结果均为整数。 请计算以下表达式的值： 整数除法：a / b 取余运算：a % b 例题分析2 计算表达式：5 + 3 * 2 - 8 / 4 第一步：先算乘除 3 × 2 = 6 8 ÷ 4 = 2 第二步：再算加减 5 + 6 = 11 11 - 2 = 9 最终结果：9 关键规则：遵循“先乘除，后加减”的运算符优先级。 课堂问答 问题 1：表达式 7 / 2 的结果是多少？为什么？ 答案：3，因为整数相除只保留整数部分，舍去小数。 问题 2：表达式 7 % 2 的结果是多少？它的作用是什么？ 答案：1，这是求余运算（模运算），用于计算两数相除后的余数。 问题 3：如何用C语言表达式表示“a的平方加上b的平方”？ 答案：a * a + b * b （注：C语言中通常使用乘法表示平方，而非 a**2）。 背诵记忆 基本算术运算符 C语言中基本的算术运算符包括：+、-、*、/、% 整数除法规则 两个整数相除，结果为整数，小数部分被舍弃。 取余运算符 (%) 取余运算符两侧的操作数必须都是整型数据。 运算优先级规则 算术表达式遵循“先乘除，后加减”的优先级规则。 课堂练习 编程任务要求 输入功能 从键盘输入两个整数，分别存入变量 num1 和 num2。 计算与输出 计算并输出它们的和、差、积、商和余数。 关键提示 输入输出函数 使用 scanf 进行输入，printf 进行格式化输出。 运算规则注意 注意整数除法（/）和取余（%）的规则，除数不能为零。 知识讲授：自增、自减运算符 自增运算符 (++) 作用：使变量的值加1，是一种简化的赋值操作。 示例：i++等价于i = i + 1 自减运算符 (- -) 作用：使变量的值减1，常用于循环结构中。 示例：j- -等价于j = j - 1 核心要点：这是C语言中非常独特且常用的运算符，本质上是对变量进行加1或减1的简化操作，在编写循环逻辑时非常高效。 知识讲授：自增自减中前置与后置的区别（难点） 知识讲授：自增自减中前置与后置的区别（难点） 知识讲授：自增自减中前置与后置的区别（难点） 前置运算 (++a, --a) 规则：先对变量进行自增/自减，再使用变量的值参与其他运算。 inta = 1, b; b =++a;// a先变为2，再赋值给b // 结果：a = 2, b = 2 后置运算 (a++, a--) 规则：先使用变量的当前值参与其他运算，运算结束后再对变量进行自增/自减。 inta = 1, b; b =a++; // a的当前值1先赋值给b，然后a变为2 // 结果：a = 2, b = 1 知识讲授：自增、自减表达式 基本定义 由自增、自减运算符（++、--）和操作数组成的式子，称为自增自减表达式。 示例： count++ --index 重要注意事项 操作数限制： 自增、自减运算符的操作数只能是变量，不能是常量或表达式。 错误示例： 5++ (常量不可修改，不可自加) (a + b)-- (表达式无存储单元，不可自加) 例题分析:前置与后置的区别 代码示例 (C语言) inti=3, j; j = i++;// 情况1：后置 printf("j=%d, i=%d", j, i);// 输出 j=3, i=4 i=3; j = ++i;// 情况2：前置 printf("j=%d, i=%d", j, i);// 输出 j=4, i=4 情况 1：后置自增 (j = i++) 执行逻辑：先赋值，后自增。 第一步：将 i 的当前值 (3) 赋给 j 第二步：i 自增 1，变为 4 情况 2：前置自增 (j = ++i) 执行逻辑：先自增，后赋值。 第一步：i 先自增 1，变为 4 第二步：将 i 的新值 (4) 赋给 j 课堂问答 01. i++ 和 ++i 的本质区别是什么？ 02. 在表达式 a = b++ 中，执行后a和b的值分别是如何变化的？ 03. 为什么说自增自减运算符的操作数只能是变量？ 答案： i++ 是“先用后加”， ++i 是“先加后用”。 答案：a 等于 b 的原值， b 的值增加1。 答案：因为它们需要修改操作数的值，而变量才有可写的内存空间。 背诵记忆 前置 ++/--：先变身，后工作 变量先完成加1或减1的“变身”，再参与其他运算“工作”。 后置 ++/--：先工作，后变身 变量先参与其他运算“工作”，运算结束后再完成加1或减1的“变身”。 重要规则：自增自减运算符的操作数只能是变量，不能是常量或表达式。 课堂练习 代码分析题 已知初始值：int x = 5; 1. 后置自增：y = x++ * 2; 思考：先运算还是先自增？计算后 x = ?, y = ? 2. 前置自增：y = ++x * 2; 思考：先运算还是先自增？计算后 x = ?, y = ? 编程实战任务 编写一个完整的程序，分别演示前置自增和后置自增的效果，并输出结果进行验证。 // 示例代码结构 intmain() { inta = 5, b = 5; inty1 = a++ * 2;// 后置 inty2 = ++b * 2;// 前置 // 输出结果... } 第二部分 知识讲授 位运算与赋值运算 知识讲授 知识讲授：位运算基础概念 核心概念 位运算是直接对整数的二进制位进行操作的运算。它是计算机底层数据处理的基础，具有极高的执行效率。 五大运算符 本堂课将重点学习五种基本位运算符：按位与 (&)、按位或 (|)、按位异或 (^)、按位左移 (<<) 和按位右移 (>>)。 知识讲授：按位与 (&) 和按位或 (|) 按位与 (AND) & 运算规则：两个二进制位都为1时，结果为1；否则为0。 口诀：有0出0，全1出1 示例：计算 3 & 5 00000011 (3的二进制) & 00000101 (5的二进制) ----------- 00000001 (结果为1) 按位或 (OR) | 运算规则：只要有一个二进制位为1，结果就为1；否则为0。 口诀：有1出1，全0出0 示例：计算 3 | 5 00000011 (3的二进制) | 00000101 (5的二进制) ----------- 00000111 (结果为7) 知识讲授：按位异或 (^) 运算规则与示例 规则：两个二进制位相同为 0，不同为 1。 示例：计算 3 ^ 5 00000011 (3) ^ 00000101 (5) ----------- 00000110 (6) 核心特性 归零律 (a ^ a = 0) 任何数异或自身都等于 0，因为每一位都相同。 恒等律 (a ^ 0 = a) 任何数异或 0 都等于它本身，因为每一位都不变。 知识讲授：按位左移 (<<) 和右移 (>>) 按位左移 (Left Shift) 运算规则：左移丢弃高位，右侧补0 数学效果：等价于乘以 2 的 n 次方。 示例：3 << 1 (3左移1位) 00000011 (十进制 3) << 1 ----------- 00000110 (结果为 6) 按位右移 (Right Shift) 运算规则：右移丢弃低位，左侧补符号位 数学效果：等价于除以 2 的 n 次方。 示例：6 >> 1 (6右移1位) 00000110 (十进制 6) >> 1 ----------- 00000011 (结果为 3) 例题分析 计算表达式：9 & 6 | 3 的值（注意：按位与优先级高于按位或） 步骤 1：计算 9 & 6 (按位与) 1001 (9) & 0110 (6) ------- 0000 (结果为 0) 步骤 2：计算 0 | 3 (按位或) 0000 (0) | 0011 (3) ------- 0011 (结果为 3) 最终结果：表达式 9 & 6 | 3 的值为3 课堂问答 01.按位与、按位或、按位异或的运算规则分别是什么？ 答案：按位与(&)：全1为1；按位或(|)：有1为1；按位异或(^)：不同为1。 01.按位左移一位和按位右移一位，在数学上通常分别等同于什么操作？ 答案：左移一位 ≈ 乘以2；右移一位 ≈ 除以2（对于正数）。 01.位运算的操作对象是什么？（是十进制数还是二进制位？） 答案：操作对象是二进制位（bit）。 背诵记忆 运算符 名称 运算规则 & 按位与 有0出0，全1出1 | 按位或 有1出1，全0出0 ^ 按位异或 相同为0，不同为1 << 按位左移 左移n位，相当于乘以 2^n >> 按位右移 右移n位，相当于除以 2^n（取整） 课堂练习 基础分析题 Q1. 位移运算 已知变量x=5（二进制为0101），执行x = x >> 1; 后，变量x的值是多少？ Q2. 位移运算分析 已知 int a = 7; 执行 a = a << 2; 后，变量 a 的值是多少？ 编程实战 任务：二进制最低位检测 编写一个程序，输入一个整数，使用位运算判断它的二进制表示中最低位是否为1。 提示： 可以使用该整数和 1 进行按位与运算（&）来实现判断。 答案：2 答案：28 知识讲授：赋值运算符 知识讲授：赋值运算符 基本赋值运算符 (=) 核心作用 将一个表达式的值赋给一个变量，是程序中最基础的数据操作。 代码示例 int a = 2;// 将常量2赋给变量a int b = 4 * 2;// 将表达式结果赋给变量b 关键区别：赋值 vs 数学等号 赋值运算符“=”表示一个操作，即将右边的值存入左边变量的内存空间，不等同于数学中的相等关系。 知识讲授：复合赋值运算符 定义与作用 定义：在赋值运算符“=”前加上其他二目运算符构成。 作用：简化代码书写，提高编译效率。 C语言中的复合赋值运算符 算术运算：+=, -=, *=, /=, %= 位运算：<<=, >>=, &=, ^=, |= 代码简化示例 简化写法：a += 5; 等价于：a = a + 5; 简化写法：b *= (4 + 3); 等价于：b = b * (4 + 3); 简化写法：x %= 10; 等价于：x = x % 10; 知识讲授：赋值表达式 知识讲授：赋值表达式 基本定义与形式 由赋值运算符和操作数组成的式子。一般形式为： 变量 赋值运算符 表达式 嵌套特性 赋值表达式可以嵌套，即一个赋值表达式可以作为另一个赋值表达式的操作数。 任何赋值表达式都有一个值，即被赋值变量的值。 代码示例解析 int a, b; a = (b = 6); 执行过程与结果 第一步：先执行括号内的b = 6，将常量6赋给变量b。 第二步：将表达式b = 6的值（即6）赋给变量a。 最终结果：变量 a 和 b 的值均为 6。 例题分析 问题1：复合赋值运算 已知 int a = 2, b = 3; 执行 a *= b + 1; 后，a 的值是多少？ 解析：复合赋值运算符优先级较低，等价于 a = a * (b + 1)。 计算过程：2 * (3 + 1) = 8。 结果：a = 8 问题2：嵌套赋值运算 已知 int x, y; 执行 x = (y = 5) + 3; 后，x 和 y 的值分别是多少？ 解析：赋值表达式本身有值，即所赋的值。先执行 y = 5，再执行 x = 5 + 3。 结果：x = 8, y = 5 背诵记忆 基本赋值运算符 符号：= 作用：将右侧表达式的值赋给左侧变量。 示例：a = 10; 复合赋值运算符 形式： +=, -=, *=, /=, %= >>=、>>=、|=、^=、&= 作用：运算与赋值结合，简化代码。 示例：a+=5;等价于a=a+5; 赋值表达式特性 右结合性：连续赋值从右向左计算。 有返回值：表达式本身的值即被赋予的值。 示例：a=b=10;等价于a=(b=10); 课堂练习 01. 运算符改写 将下列语句用复合赋值运算符改写： 1. x = x % 10; 2. y = y - (z-2); 02. 连续赋值分析 分析表达式的执行顺序及结果： a = b = c = 10; 03. 复合赋值嵌套 已知初始值：int m = 5; 执行 m -= m *= 2; 答案： 1. x %= 10; 2. y -= (z-2); 答案： 执行顺序：从右向左。 结果：a, b, c 均为 10。 结合性：右结合。 答案： 顺序：先执行 m *= 2 (m=10)，再执行 m -= 10。 结果：m = 0。 课堂小结 第一堂课：基础运算 算术运算符 +、-、*、/、%，重点掌握整数除法和取余规则 自增自减运算符 ++、--，难点在于前置“先变后用”与后置“先用后变” 第二堂课：进阶运算 位运算符 &、|、^、<<、>>，直接操作二进制位，效率极高 赋值运算符 = 及复合赋值 (+=, -=...)，掌握赋值表达式的嵌套逻辑 核心思想总结 理解运算符的规则、优先级和结合性，是编写正确表达式的关键。请务必将这些知识点串联起来，形成完整的知识体系。 课堂小结 课后任务 基础题：数字反转 编写程序，输入一个三位数，将其各位数字反转后输出。 提示：使用除法和取余运算分解每一位数字。 提高题：位运算交换 利用位运算编写程序交换两个整数的值，要求不使用第三个临时变量。 提示：可以使用按位异或运算的特性。 思考题：运算符优先级 查阅资料，了解C语言中运算符的完整优先级和结合性表，并尝试分析复杂表达式的求值过程。 谢谢观看 THANKS $