智能程序设计（C语言）

类型转换与未定义行为

计算机学院    杨已彪

yangyibiao@nju.edu.cn

提纲

• 表达式求值

• 副作用与左值

• 类型转换

• 编码实践

• 演示、习题与小测

表达式求值

表达式求值

例子:

• 顺序: 后缀 ++ → 前缀/一元 → 乘除 → 加减 → 赋值 (右结合, 最后整体加)

子表达式求值顺序与未定义行为

表达式的值可能取决于子表达式的计算顺序——C 没有定义这个先后 (逻辑与或、条件、逗号运算符除外)

a = 5;
c = (b = a + 2) - (a = 1); /* c 是几? */

i = 2;
j = i * i++;               /* j 是 4 还是 6? */

b = a + 2;
a = 1;
c = b - a;      /* c 确定是 6 */

避免在表达式中访问变量值的同时也修改该变量

副作用(side effects)

修改操作数的运算符叫作具有 副作用; i + j 没有副作用, 而 赋值、自增自减有

• 表达式 i = 0 的结果是 0, 副作用是把 0 存进 i

i = 1;
k = 1 + (j = i);
printf("%d %d %d\n", i, j, k);
/* prints "1 1 2" */

• 这种嵌入式赋值语法合法, 但难读、易藏错——不推荐

左值

赋值运算符需要一个 左值 作为其左操作数

左值 表示存储在计算机内存中的对象, 而不是常量或计算结果

• 变量是左值

• 10或2 * i这样的表达式不是左值

12 = i;      /*** WRONG ***/
i + j = 0;   /*** WRONG ***/
-i = j;      /*** WRONG ***/

编译器将产生一条错误消息, 例如"invalid lvalue in assignment"

类型转换 - 隐式转换

int i;
double d = 3.14159;
i = d;      /* i 为 3 (截断小数) */
d = i;      /* d 为 3.0 */

1 / 2;        /* 0   (整数除法) */
1.0 / 2;      /* 0.5 (2 提升为 double) */

演示: 为什么 %f 打出了奇怪的数?

看这段代码, 预测输出——尤其是第二行:

int a = 9, b = 4;
printf("%d\n", a / b);          /* 整数除法 */
printf("%f\n", a / b);          /* %f 却收到 int */

第二行会打出什么? 猜一猜

演示: 为什么 %f 打出了奇怪的数? (实际结果)

int a = 9, b = 4;
printf("%d\n", a / b);          /* 2: 整数除法截断 */
printf("%f\n", a / b);          /* 错! 用 %f 打印 int → 结果不可预测 */
printf("%f\n", (double)a / b);  /* 2.250000: 先转换再除 */
printf("%f\n", a / 4.0);        /* 2.250000: 4.0 是 double, 整体提升 */

常见的运行结果:

2
0.000000
2.250000
2.250000

• 类型转换发生在运算时: a / b 两个 int 相除, 先截断、后转换, 轮到 printf 时已经来不及了

• %f 期待 double 却收到 int → 未定义行为, 常见打出 0.000000 或乱码——printf 不会替你检查类型

• 正确姿势: 转换一个操作数 (double)a / b, 或直接用浮点字面量 a / 4.0

类型转换 - 强制转换

强制转换: 显式地把值转换为目标类型

(float) 1 / 2;   /* 0.5 */
(int) 3.9;       /* 3 */

强制转换的优先级很高, 只作用于紧邻的操作数; 需要转换整个表达式时要加括号, 如 (int) (3.9 + 1.1)

• 强制转换还能避免溢出: 先提升, 再运算, 而不是算完再提升

long i; int j = 1000000;
i = (long) j * j;      /* 正确: j 先转成 long, 乘法不会溢出 */
i = (long) (j * j);    /* 错误: j * j 已经在 int 里溢出了 */

动手小练习: 四舍五入

printf 打印 double 会自动四舍五入, 但怎样把 double 变量本身四舍五入成整数?

提示: 强制转换是"向零截断"——小数部分直接丢掉

动手小练习: 四舍五入 (参考代码)

#include <stdio.h>
int main(void) {
    double x;
    printf("请输入一个数: ");
    scanf("%lf", &x);
    int r = (int)(x + 0.5);
    printf("%.2f 四舍五入 = %d\n", x, r);
    return 0;
}

编码实践: 数字拆分

输入一个4 位整数 N (1000~9999), 输出两样东西:

• 各位数字之和

• 反转后的数

例: 输入 1234 → 输出 和 = 10、反转 = 4321

本题假设输入合法 (就是 4 位数); 想拒绝非 4 位数的输入, 要等第 4 周学了 if 才能做校验

提示: / 取高位、% 取低位

编码实践: 数字拆分 (参考代码)

#include <stdio.h>
int main(void) {
    int n;
    scanf("%d", &n);
    int qian = n / 1000;
    int bai  = n / 100 % 10;
    int shi  = n / 10 % 10;
    int ge   = n % 10;
    printf("和 = %d\n", qian + bai + shi + ge);
    printf("反转 = %d%d%d%d\n", ge, shi, bai, qian);
    return 0;
}

编码实践: 时间换算

输入总秒数 N, 输出"X 小时 Y 分 Z 秒"

例: 输入 3671 → 输出 1 小时 1 分 11 秒

提示: 一小时 3600 秒

编码实践: 时间换算 (参考代码)

#include <stdio.h>
int main(void) {
    int N;
    printf("请输入总秒数: ");
    scanf("%d", &N);
    int h = N / 3600;
    int m = N % 3600 / 60;
    int s = N % 60;
    printf("%d 小时 %d 分 %d 秒\n", h, m, s);
    return 0;
}

课堂习题课

三道题, 限时 10 分钟, 每题都藏着一个坑 (答案见讲义):

1. 温度转换: 输入摄氏度 C, 输出华氏度 F = C × 9 / 5 + 32。检验: 100 应输出 212; 若输出 132, 说明踩了整数除法的坑
2. 平均分: 输入三门课成绩 (整数), 输出平均分保留两位小数。例: 输入 86 92 78, 输出 85.33 (注意: 三个数加起来不能被 3 整除, 直接 (a+b+c)/3 会悄悄丢小数!)
3. (选做) XOR 交换: 用位运算交换两个变量的值, 不用临时变量; 试试两个变量相同会怎样

课堂小测

1. int i = (int) 3.9; 中 i 的值是多少？(float) 1 / 2 的值是多少？
2. int i = 3.99; 初始化后 i 是多少？编译器默认会警告精度损失吗？
3. 为什么 j = i * i++; 的结果不确定？这类表达式应该怎么避免？