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【C语言】操作符详解（一）

 1 year ago
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1.原码，反码，补码

int a=1;

整形占用四个字节----32bit

00000000 00000000 00000000 00000001  (数值位)

1.1原码，反码，补码的介绍

  • 整数的2进制表示方法有三种，即原码，反码，补码
  • 三种表⽰⽅法均有符号位和数值位两部分，符号位都是⽤0表⽰“正”，⽤1表⽰“负”，⽽数值位最⾼位的⼀位是被当做符号位，剩余的都是数值位。
  • 正整数的原，反，补码都相同
  • 负整数的三种表示方法各不相同
  1. 原码：直接将数值按照正负数的形式翻译成⼆进制得到的就是原码。
  2. 反码：将原码的符号位不变，其他位依次按位取反就可以得到反码。
  3. 补码：反码+1就得到补码。
【C语言】操作符详解（一）_反码
  • 原码和补码的相互转换均为：先取反，后+1.

1.2补码的作用

  • 对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码。

为什么？

1. 在计算机系统中，数值⼀律⽤补码来表⽰和存储。原因在于，使⽤补码，可以将符号位和数值域统⼀ 处理；

2. 同时，加法和减法也可以统⼀处理（CPU只有加法器）此外，补码与原码相互转换，其运算过程是 相同的，不需要额外的硬件电路。例如1-1可以转化为1+(-1)

#include <stdio.h>

//int main()
//{
//	int a = 5;
//	//00000000000000000000000000000101 - 原码
//	//00000000000000000000000000000101 - 反码
//	//00000000000000000000000000000101 - 补码
//
//	int b = -5;
//	//10000000000000000000000000000101 - 原码
//	//11111111111111111111111111111010 - 反码
//	//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1011 - 补码
//	//f    f    f    f    f     f    f   b
//	//0x ff ff ff fb   --->内存中的形式
//	return 0;
//}

另外在计算时补码符合计数规律

int main()
//{
//	//1-1
//	//1+(-1) = 0
//	//00000000000000000000000000000001
//	//10000000000000000000000000000001   
//	//10000000000000000000000000000010--> -2		原码相加之和
//	//
//	//00000000000000000000000000000001   1的补码
//	//11111111111111111111111111111111   -1的补码
//	//00000000000000000000000000000000		加1之后符号位的1到了第33位，消掉。补码相加之和
//由此可见补码相加才是正确的答案
//	//11111111111111111111111111111111
//	//10000000000000000000000000000000
//	//10000000000000000000000000000001
//	return 0;
//}

2.位移操作符

  • <<左移操作符
  • >>右移操作符
  • 注：移位操作符的操作数只能是整数。

2.1左移操作符

  • 移位规则：左边抛弃、右边补0
【C语言】操作符详解（一）_操作符_02

例如：

//int main()
//{
//	int a = -10;
//	int b = a << 1;
//	//10000000000000000000000000001010
//	//11111111111111111111111111110101
//	//11111111111111111111111111110110
//	//a<<1
//	//11111111111111111111111111101100
//	//10000000000000000000000000010011
//	//10000000000000000000000000010100
//	//-20
//	printf("b = %d\n", b);
//
//	return 0;
//}

2.2右移操作符

位移规则：首先右移运算分两种

1.逻辑右移：左边⽤0填充，右边丢弃

2.算术右移：左边⽤原该值的符号位填充，右边丢弃

【C语言】操作符详解（一）_C语言_03
【C语言】操作符详解（一）_补码_04

举例如下：

//int main()
//{
//	int num = -1;
//	//10000000000000000000000000000001
//	//11111111111111111111111111111110
//	//11111111111111111111111111111111
//	//
//	int n = num >> 1;
//	printf("%d\n", n);
//
//	return 0;
//}结果仍为-1

警告⚠⚠：对于移位运算符，不要移动负数位，这个是标准未定义的。

2.3逻辑右移与算术右移的区别

  • 逻辑右移就是不考虑符号位，右移一位，左边补零即可。 算术右移需要考虑符号位，右移一位，若符号位为1，就在左边补1,；否则，就补0。
  • 算术右移也可以进行有符号位的除法，右移n位就等于除2的n次方。 例如，8位二进制数11001101分别右移一位。

3.位操作符：&(与)，|(或)，^(异或)，~(取反)

3.1&(与)：按位与 -- 对应的二进制位，有0则为0，两个同时为1才是1

int main()
{
	int a=5;
  int b=-6;
  int c=a&b;
  //00000000000000000000000000000101	5的补码
  //11111111111111111111111111111010	6的补码
  //00000000000000000000000000000000	结果
  printf("%d",c);
  return 0;
}//最终结果为0

3.2|(或)：按位或 -- 对应的二进制位上，有1则为1，两个同时为0才是0

int main()
{
	int a=5;
  int b=-6;
  int c=a&b;
  //00000000000000000000000000000101	5的补码
  //11111111111111111111111111111010	6的补码
  //11111111111111111111111111111111	结果
  printf("%d",c);
  return 0;
}//最终结果为-1

3.3^(异或)：按位异或 -- 对应的二进制位上，相同为0(真)，相异则为1(假)

int main()
{
	int a=5;
  int b=-6;
  int c=a&b;
  //00000000000000000000000000000101	5的补码
  //11111111111111111111111111111010	6的补码
  //11111111111111111111111111111111	结果
  printf("%d",c);
  return 0;
}//最终结果为-1

3.4~(取反)：按位取反 -- 二进制位，0变1，1变0

int main()
{
	int n = 0;
  int a = ~n;
  //00000000000000000000000000000000
  //11111111111111111111111111111111
  //包括符号位全部取反
  printf("%d",a);
  return 0;
}因此a=-

3.5那这为操作符有什么具体作用呢？

  • 举例1（&）
//想知道数字21的二进制序列中的最低位是几
int main()
{
	int a=21;
  //a&1
  //00000000000000000000000000010101	21的补码
  //00000000000000000000000000000001
  //00000000000000000000000000000001	结果为1
  return 0；
}
//因此我们可以通过按位与的这种方式来确定具体的某一位是几
//例如如果我们想知道第5位是几时，只需要向右移动4位
//(a>>4)&1
即可
  • 举例2（^）(难点)
题：不创建临时变量（第三个变量），实现两个数的交换
int main()
{
	int a=3;
  int b=5;
  a=a+b;
  b=a-b;
  a=a-b;
  printf("%d %d",a,b);
  return 0;
}
//可是存在一个问题：范围溢出。即当a和b过大时会出现错误。
解决方法：
int main()
{
	int a=3;
  int b=5;
  a=a^b;
  b=a^b;
  a=a^b;
  printf("%d %d",a,b);
  return 0;
}//发现也能得出结果
  • 举例3（或，取反）
int main()
{
	//将a的二进制中的di5位改成1
  int a=13;
  //00000000000000000000000000001101
  //1<<4
  //00000000000000000000000000010000
  a = a | (1<<4);
  printf("a=%d",a);//a=29
  //将a的二进制中第5位改成0
  //00000000000000000000000000001101
  //11111111111111111111111111101111  ~(1<<4)
  a = a &~(1<<4);
  printf("a=%d",a);//a=13
  return 0;
}

结论：

  • 0^a=a     a^a=0      3 ^ 3 ^ 5=5,3 ^ 5 ^ 3=5.所以得出异或支持交换律
  • 这种异或操作是有局限性的：
  1. 只能作用于整数交换
  2. 代码可读性差
  3. 代码的执行效率也是低于设置3个参数的

3.6练习：编写代码实现：求一个整数储存在内存中的二进制中1的个数。

int main()
{
	int a = 15;
  //1 1 1 1
  //8 4 2 1
  //15%2 = 1
  //15/7 = 7
  //1 1 1
  //7%2 = 1
  int count=0;
  while(a)
  {
  	if(a%2 == =)
    {
    	count++;
    }
    a = a/2;
  }
  printf("count=%d",count);
  return 0;
}但是当你输入负数的时候，就会出现错误

//法二
int main()
{
	int a = 0;
	scanf("%d", &a);
	int i = 0;
	int count = 0;
	for (i = 0; i < 32; i++)
	{
		if (((a >> i) & 1) == 1)
		{
			count++;
		}
    }
	printf("%d\n", count);
	return 0;
}

//法三，mage进化
int main()
{
	int n = 0;
	scanf("%d", &n);
	int count = 0;
	while (n)
	{
		n = n & (n - 1);//每进行一次循环都会减去一个一
		count++;
	}
	printf("%d\n", count);

	return 0;
}

4.逗号表达式

exp1, exp2, exp3, …expN
  • 逗号表达式，就是⽤逗号隔开的多个表达式。
  • 逗号表达式，从左向右依次执⾏。整个表达式的结果是最后⼀个表达式的结果。

举例：

//代码1 

int a = 1;

int b = 2;

int c = (a>b, a=b+10, a, b=a+1);//逗号表达式 
c为13

//代码2 

if (a =b + 1, c=a / 2, d > 0)

//代码3 
a = get_val();
count_val(a);

while (a > 0)
{
 //业务处理 
 a = get_val();
 count_val(a);
}

如果使⽤逗号表达式，改写：

while (a = get_val(), count_val(a), a>0)
{
 //业务处理 
}

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