C言語の演算子と式の種類を徹底解説！算術からビット演算まで

C言語における演算子（オペレーター）とは、データに対して何らかの操作を行うための記号です。C言語の演算子は、その機能によって以下のように分類されます。

• 算術演算子
• 関係演算子
• 論理演算子
• 代入演算子
• インクリメント・デクリメント演算子
• ビット演算子
• 条件演算子
• 特殊演算子

それぞれの演算子について、具体例とサンプルプログラムを交えながら詳しく見ていきましょう。

1. 算術演算子

算術演算子は、足し算や引き算などの数値計算を行うために使われます。

サンプルプログラム

#include <stdio.h>
int main(void) {
    int a = 20, b = 10;
    printf("%d\n", a + b);
    printf("%d\n", a - b);
    printf("%d\n", a * b);
    printf("%d\n", a / b);
    printf("%d\n", a % b);
    return 0;
}

実行結果

30
10
200
2
0

2. 関係演算子

関係演算子は、2つの式の大小関係や等価性を比較するために使われます。比較の結果は「真（true）＝1」または「偽（false）＝0」で返されます。

サンプルプログラム

#include <stdio.h>
int main(void) {
    int a = 10, b = 20;
    printf("%d ", a < b);
    printf("%d ", a <= b);
    printf("%d ", a > b);
    printf("%d ", a >= b);
    printf("%d ", a == b);
    printf("%d ", a != b);
    return 0;
}

実行結果

1 1 0 0 0 1

3. 論理演算子

論理演算子は、2つ以上の条件式を組み合わせるために使われます。C言語には「論理AND（&&）」「論理OR（||）」「論理NOT（!）」の3種類があります。

論理AND（&&）の真理値表

論理OR（||）の真理値表

論理NOT（!）の真理値表

使用例

サンプルプログラム

#include <stdio.h>
int main(void) {
    int a = 10, b = 20, c = 30;
    printf("%d ", (a > b) && (a < c));
    printf("%d ", (a > b) || (a < c));
    printf("%d ", !(a > b));
    return 0;
}

実行結果

0 1 1

4. 代入演算子

代入演算子は、変数に値を格納するために使われます。単純代入と複合代入の2種類があります。

サンプルプログラム

#include <stdio.h>
int main(void) {
    int a = 10;
    printf("%d\n", a);
    a += 10;
    printf("%d\n", a);
    return 0;
}

実行結果

10
20

5. インクリメント・デクリメント演算子

インクリメント演算子（++）

変数の値を1増加させる演算子です。「前置インクリメント」と「後置インクリメント」の2種類があります。

• 前置インクリメント（++a）： 値を先に1増やしてから、その後の処理に使われます。
  z = ++a; は a = a + 1; の後 z = a; と同じ意味です。
• 後置インクリメント（a++）： 処理に現在の値を使った後で、値が1増やされます。
  z = a++; は z = a; の後 a = a + 1; と同じ意味です。

前置と後置の違いを確認するプログラム

main() {
    int a = 10, z;
    z = ++a;
    printf("z=%d\n", z);
    printf("a=%d\n", a);
}

main() {
    int a = 10, z;
    z = a++;
    printf("z=%d\n", z);
    printf("a=%d\n", a);
}

z=11
a=11

z=10
a=11

デクリメント演算子（--）

変数の値を1減少させる演算子です。こちらも「前置デクリメント」と「後置デクリメント」の2種類があります。

• 前置デクリメント（--a）： 値を先に1減らしてから、その後の処理に使われます。
  z = --a; は a = a - 1; の後 z = a; と同じ意味です。
• 後置デクリメント（a--）： 処理に現在の値を使った後で、値が1減らされます。
  z = a--; は z = a; の後 a = a - 1; と同じ意味です。

前置と後置の違いを確認するプログラム

main() {
    int a = 10, z;
    z = --a;
    printf("z=%d\n", z);
    printf("a=%d\n", a);
}

main() {
    int a = 10, z;
    z = a--;
    printf("z=%d\n", z);
    printf("a=%d\n", a);
}

z=9
a=9

z=10
a=9

6. ビット演算子

ビット演算子は、データをビット単位で操作するために使われます。

ビットごとのAND（&）の真理値表

ビットごとのOR（|）の真理値表

ビットごとのXOR（^）の真理値表

サンプルプログラム

#include <stdio.h>
int main(void) {
    int a = 12, b = 10;
    printf("%d ", a & b);
    printf("%d ", a | b);
    printf("%d ", a ^ b);
    return 0;
}

実行結果

8 14 6

左シフト（<<）

値を1回左シフトすると、元の値は2倍になります。たとえば a = 10 のとき、a << 1 は 20 になります。

右シフト（>>）

値を1回右シフトすると、元の値は半分になります。たとえば a = 10 のとき、a >> 1 は 5 になります。

1の補数（~）

すべてのビットを反転させます（1は0に、0は1になります）。たとえば a = 5 の場合、4ビットで考えると ~a は 2 になります。

シフトと補数のサンプルプログラム

#include <stdio.h>
int main(void) {
    int a = 20, b = 10, c = 10;
    printf("%d\n", a << 1);
    printf("%d\n", b >> 1);
    printf("%d\n", ~c);
    return 0;
}

実行結果

40
5
-11

符号付き整数の場合

1の補数は「-(与えた数 + 1)」として計算されます。

• ~10 = -(10+1) = -11
• ~-10 = -(-10+1) = 9

符号なし整数の場合

1の補数は「65535 - 与えた数」として計算されます（16ビットの場合）。

7. 条件演算子（? :）

条件演算子は「三項演算子」とも呼ばれ、C言語で唯一の3項を取る演算子です。if-else文を1行で簡潔に書くことができます。

構文

exp1 ? exp2 : exp3

exp1が真であればexp2が評価され、偽であればexp3が評価されます。これは次のif-else文と同等です。

if (exp1)
    exp2;
else
    exp3;

サンプルプログラム

#include <stdio.h>
int main(void) {
    int z;
    z = (5 > 3) ? 1 : 0;
    printf("%d\n", z);
    return 0;
}

実行結果

1

8. 特殊演算子

C言語には、上記以外にも便利な特殊な演算子がいくつか用意されています。

• カンマ演算子（,）： 変数などを区切るセパレータとして使われます。例：a = 10, b = 20
• アドレス演算子（&）： 変数のメモリアドレスを取得します。
• sizeof演算子： データ型や変数のサイズをバイト単位で取得します。

サンプルプログラム

#include <stdio.h>
int main(void) {
    int a = 10;
    float b = 20;
    printf("a=%d b=%f\n", a, b);
    printf("aのアドレス = %u\n", &a);
    printf("bのアドレス = %u\n", &b);
    printf("aのサイズ = %ldバイト\n", sizeof(a));
    printf("bのサイズ = %ldバイト\n", sizeof(b));
    return 0;
}

実行結果（環境により異なります）

a=10 b=20.000000
aのアドレス = 1234
bのアドレス = 5678
aのサイズ = 4バイト
bのサイズ = 4バイト

まとめ

C言語の演算子は、算術・関係・論理・代入・インクリメント／デクリメント・ビット・条件・特殊の8種類に分類できます。それぞれの演算子の動作を正しく理解することで、より効率的で読みやすいコードを書けるようになります。特に前置と後置のインクリメント／デクリメントの違いや、ビット演算の挙動は初心者がつまずきやすいポイントなので、実際にプログラムを動かしながら確実に身につけていきましょう。