深入解析C语言位运算与操作符

目录1. 原码反码补码2. 移位操作符2.1 左移操作符2.2 右移操作符3. 位操作符|^~3.1 按位与3.2 按位或|3.3 按位异或^3.4 按位取反~3.5 一道比较变态的面试题3.6 练习练习1练习24. 逗号表达式5. 下标访问[]函数调用()5.1 [] 下标引用操作符5.2 函数调用操作符1. 原码反码补码原码直接将数值按照正负数的形式编译成二进制得到的就是原码。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。补码反码1就得到补码。补码得到原码也是可以使用取反1的操作。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。举个例子于是我们便可以总结出它们之间的关系我们可以发现直接从补码得到原码是采用先取反再1的操作那么是这样的吗我们可以举个例子那么可能会问研究原码补码有什么用呢其实整数在内存中存储的时候使用的是补码CPU在计算的时候也是使用补码计算的但是打印出来或者人使用的时候都是原码。2. 移位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。举个例子从上面的例子中我们可以发现10左移1位变成了20可这是为什么呢其实我们可以根据左移位规则来推断像这样移位之后再从右往左依照二进制的计算方法便可以得到20。1.将num移动1位后的结果赋值给了r2.实际上num的值是不变的。注意进行移位操作时是对补码进行移位而最后打印是将补码转化为原码再对原码进行打印。2.2 右移操作符移位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。说明逻辑右移与上述左移相似算术右移如果是正数通通补0如果是负数通通补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。例如3. 位操作符|^~注意它们的操作数必须是整数字符类型。3.1 按位与ab:(拿a与b的补码进行计算对应二进制位上有0则为02个同时为1才为1算出的结果为补码举个例子3.2 按位或|它与按位与做法相似只不过在计算时只要有1则为1两个同时为0才为0。举个例子3.3 按位异或^运算规则相同为0相异为1。举个例子3.4 按位取反~运算规则原本是1全变为0原本是0全变为1。举个例子3.5 一道比较变态的面试题问题不能创建临时变量第三个变量实现两个整数的交换。可以看出以上这种方法确实符合题意不存在第三个变量也实现了两个数的交换但这种方式也存在一定的风险如果a和b非常大ab的值超出整型表示的最大值则可能会出现溢出的问题。那么我们应该如何解决呢这时我们可以试试异或使用异或后我们可以发现a与b发生了交换那其中的原理又是什么呢首先我们要知道异或的运算规则是相同为0相异为1。且a^0aa^a0于是我们可以知道3^5^35,3^3^55。所以异或是支持交换律的。有了上面的发现我们再来看下上面那道问题。所以便可以得以解决。3.6 练习练习1问题求一个整数存储在内存中的二进制中1的个数其实内存中的二进制中1的个数就是指补码的二进制中1的个数。这时候我们可以联想一下之前我们是如何求十进制中的每一位的呢就是进行%10/10的操作那对于二进制类比可知也就是对其进行%2/2的操作于是便可以这样编写代码可是这个代码就是完全正确的吗可以发现当我们输入-1的时候输出补码中1的个数为0很显然这是错误的。那我们应该怎么做呢我们这时候可以试着借助按位与-11: 10000000 00000000 00000000 00000001 -----(-1的原码) 11111111 11111111 11111111 11111110 -----(-1的反码) 11111111 11111111 11111111 11111111 -----(-1的补码) 00000000 00000000 00000000 00000001 -----( 1的补码当我们将-11时便可以得到-1中的二进制中最低位的值将-1换位任意数也是一样当num11时就说明num的最低位是1当num10时就说明num的最低位是0。那如果要检验num的其他位是否也为1该怎么做呢这时就可以使用我们学过的右移位操作符使其右移1位。因此所以使用这种方法计算出来的值便是正确的但其实这也不是最终方法还有一种方法首先做个铺垫先给出一个表达式nnn-1假设n13其二进制位1101于是n 1101 n1 1100 新的n 1100 n-1 1011 n 1000 n-1 0111 n 0000 ​于是我们可以发现每当nn-1时n的二进制从右往左数遇到的第一个1会被去掉就像上面的例子一样去1这个操作被执行了三次说明其中有3个1。因此int main() { int num 0; int count 0; scanf(%d, num); int i 0; while (num) { num num (num - 1); count; } printf(%d\n, count); return 0; }这种方法就比上面的方法更加高效因为上面那种方法无论有几个1都会执行32次而这种方法有几个1就执行几次相比之下就更加高效了。练习2问题二进制位置0或者置1编写代码将13二进制序列的第5位修改为1然后再改回0结合以上知识便可以得出4. 逗号表达式逗号表达式从左向右依次计算整个表达式的结果时是最后一个表达式的结果。举个例子注意一定要先从左向右依次计算最后再取最后一个表达式的结果。5. 下标访问[]函数调用()5.1 [] 下标引用操作符5.2 函数调用操作符