C语言——操作符详解
目录
1.操作符的分类
2.原码、反码和补码
3.移位操作符
3.1 左移操作符
3.2 右移操作符
4.位操作符
4.1 按位与&
4.2 按位或|
4.3 按位异或^
编辑 4.4 按位取反~
4.5 应用题
4.5.1 题目:不能创建临时变量,实现两个整数的交换
4.5.2 题目:求一个整数存储在内存中的二进制中1的个数
4.5.3 题目:写一个代码,判断n是否为2的次方数
4.5.4 二进制位置0或者置1
5.单目操作符
6.逗号表达式
7.下标访问[ ]、函数调用( )
7.1 [ ] 下标引用操作符
7.2 函数调用操作符
8.结构成员访问操作符
8.1 结构体
8.1.1 结构体的声明
8.1.2 结构体的定义和初始化
9.操作符的属性:优先级和结合性
9.1 优先级
9.2 结合性
10.表达式求值
10.1 整型提升
10.2 算数转换
10.3 问题表达式解析
10.3.1 表达式1
10.3.2 表达式2
10.3.3 表达式3
10.3.4 表达式4
10.3.5 表达式5
1.操作符的分类
操作符可以分为很多类
2.原码、反码和补码
整数的二进制表示方法有三种:原码、反码和补码
有符号整数的三种表示方法均有符号位和数值位两部分,二进制序列中最高位的一位是被当做符号位,剩余的都是数值位;符号位都是用0表示“正”,用1来表示“负”。
正整数的三码均相同;
负整数的三种表示方法不同。
原码:直接翻译成二进制的就是原码
反码:符号位不变,其他位次依次取反
补码:反码加1就得到补码
补码得到原码可以用——取反,+1的操作
对于整数来说,数据存放内存中其实存放的是补码
3.移位操作符
移动的是存储在内存中二进制位(即补码)
<<为左移操作符
>>为右移操作符
3.1 左移操作符
规则:左边遗弃,右边补0
例如:
#include<stdio.h>
int main()
{int a = 10;int b = a << 1;printf("a=%d\n", a);printf("b=%d\n", b);return 0;
}
运行结果为:
分析:根据规则,a不变,其二进制表示为1010,而b为a的基础上在最后加了一个0,则b为10100
3.2 右移操作符
运算分为两种:
1.逻辑右移:左边用0填充,右边丢弃
2.算数右移:左边用原该值的符号位填充,右边丢弃
右移到底采用哪一种方法,取决于编译器,通常是采用算数右移
4.位操作符
位操作符有四种:
1. & 按位与
2.| 按位或
3.^ 按位异或
4.~ 按位取反
注意:他们的操作数必须为整数
4.1 按位与&
运算规则:有0为0,全1为1
例如:
int main()
{int a = 6;//00000000000000000000000000000110 ->6的补码int b = -7;//10000000000000000000000000000111 ->-7的原码//11111111111111111111111111111000 ->-7的反码//11111111111111111111111111111001 ->-7的补码//00000000000000000000000000000110 ->6的补码//00000000000000000000000000000000 ->&之后,因此为0int c = a & b;printf("c = %d\n", c);return 0;
}
根据推算,我们可以得到c为0,则运行结果为:
则可以知道推算结果正确。
4.2 按位或|
运算规则:有1为1,全0为0
例如:
int main()
{int a = 6;//00000000000000000000000000000110 ->6的补码int b = -7;//10000000000000000000000000000111 ->-7的原码//11111111111111111111111111111000 ->-7的反码//11111111111111111111111111111001 ->-7的补码//00000000000000000000000000000110 ->6的补码//11111111111111111111111111111111 ->|之后//10000000000000000000000000000000//10000000000000000000000000000001 ->因此为-1int c = a | b;printf("c = %d\n", c);return 0;
}
运行结果为:
因此,我们可以知道,推算结果是正确的。
4.3 按位异或^
运算规则:相同为0,相异为1
例如:
int main()
{int a = 6;//00000000000000000000000000000110 ->6的补码int b = -7;//10000000000000000000000000000111 ->-7的原码//11111111111111111111111111111000 ->-7的反码//11111111111111111111111111111001 ->-7的补码//00000000000000000000000000000110 ->6的补码//11111111111111111111111111111111 ->^之后//10000000000000000000000000000000//10000000000000000000000000000001 ->因此为-1int c = a ^ b;printf("c = %d\n", c);return 0;
}
运行结果为:
4.4 按位取反~
与前三个不同的是,~操作符是单目操作符
例如:
int main()
{int a = 0;printf("%d\n", ~a);//00000000000000000000000000000000//11111111111111111111111111111111//10000000000000000000000000000000//10000000000000000000000000000001//所以最终结果为-1return 0;
}
运行结果为:
4.5 应用题
4.5.1 题目:不能创建临时变量,实现两个整数的交换
方法一:
int main()
{int a = 3;int b = 5;//实现过程printf("交换前:a = %d, b = %d", a, b);a = a + b;b = a - b;a = a - b;printf("交换后:a = %d, b = %d", a, b);return 0;
}
运行结果为:
这样看似是正确的,但是,我们需要注意的是int 类型是有范围的,当a和b所代表的数都很大的时候,就可能会出现问题,所以,我们还要对代码进行改进。
方法二:
运用上述的操作符来解决
int main()
{int a = 3;int b = 5;//实现过程printf("交换前:a = %d, b = %d\n", a, b);a = a ^ b;b = a ^ b;a = a ^ b;printf("交换后:a = %d, b = %d\n", a, b);return 0;
}
运行结果为:
我们需要记住一个结论为:a = b ^ b ^ a,即b ^ b = 0 ,0 ^ a = a
4.5.2 题目:求一个整数存储在内存中的二进制中1的个数
方法一:结合原先分别列出一个数据的方法来进行求解
int count_bit_one(unsigned int n)
{int count = 0;while (n){if ((n % 2) == 1)count++;n /= 2;}return count;
}int main()
{int num = 0;scanf("%d", &num);int ret = count_bit_one(num);printf("%d\n", ret);return 0;
}
需要注意的是:我们要注意负数的情况,因此在函数定义的时候,应该为unsigned int
方法二:运用操作符来进行解决
分析:当n & 1 == 1时, 我们可以得出32位二进位中最后一个为1
int count_bit_one(unsigned int n)
{int i = 0;int count = 0;for (i = 0; i < 32; i++){if ((n >> i) & 1 == 1)count++;}return count;
}int main()
{int num = 0;scanf("%d", &num);int ret = count_bit_one(num);printf("%d\n", ret);return 0;
}
运行结果为:
所以,我们学习了操作符的知识后,要学会把它们运用到常见的问题中
方法三:
对第二种方法进行改进——
用n = n & (n - 1)来进行循环,循环了多少次,那么n中就有几个1(此处省略证明过程,有兴趣的可以举例进行验证)
int count_bit_one(int n)
{int i = 0;int count = 0;while (n){n = n & (n - 1);count++;}return count;
}int main()
{int num = 0;scanf("%d", &num);int ret = count_bit_one(num);printf("%d\n", ret);return 0;
}
运行结果为:
4.5.3 题目:写一个代码,判断n是否为2的次方数
分析:2的次方数中,只含有一个1
因为 n & (n - 1) 是去掉一个1,因此,当 n & (n - 1) == 0 时,此时满足题意。
该题省略代码过程。
4.5.4 二进制位置0或者置1
例题:编写代码将13二进制序列的第五位修改为1,然后再改回0
int main()
{int a = 13;//00000000000000000000000000001101//00000000000000000000000000010000 ->借助这个数来得到改为1的数//00000000000000000000000000011101 ->改为1int n = 5;a = a | (1 << (n - 1));printf("%d\n", a);//00000000000000000000000000011101//11111111111111111111111111101111 ->&之后就可以得到原来的数//00000000000000000000000000001101 ->改为0a = a & ~(a << (n - 1));printf("%d\n", a);return 0;
}
运行结果为:
5.单目操作符
单目操作符常见的有:| ++ -- & * + - sizeof (类型)
单目操作符的特点是只有一个操作数。
其中单目操作符时&为取地址操作符,在指针中运用广泛。
6.逗号表达式
逗号表达式,从左到右依次执行,整个表达式的结果是最后一个表达式的结果
为了比较好理解我们给出一个例子:
int main()
{int a = 1;int b = 2;int c = (a > b, a = b + 10, a, b = a + 1);printf("%d\n", c);return 0;
}
算c的值的时候,首先执行a > b 的语句,这里没有任何值的改变,接着执行 a = b + 10,此时a的值发生改变,a的值变为12,然后执行a的语句,最后执行b = a + 1 的语句,此时b = 13,因此,最终c的值为13,我们运行一下来进行检验——
7.下标访问[ ]、函数调用( )
7.1 [ ] 下标引用操作符
操作数 :一个数组名 + 一个索引值(下标)
int arr[10];//创建数组
arr[9] = 10;//使用下标引用操作符
[ ]的两个操作数是arr和9
7.2 函数调用操作符
例如:
int main()
{printf("hello\n");//()就是函数调用操作符printf("%d \n", 1000);return 0;
}
操作数就是函数名和()中的内容,那么我们可以得出,函数调用操作符最少有一个操作数(函数名)。
8.结构成员访问操作符
8.1 结构体
结构是一些值的集合,这些值称为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量,如:标量、数组、指针,甚至是其他结构体。
8.1.1 结构体的声明
struct 名字
{结构体内容
};
例如:描述一个学生可以为
struct student
{char name[20];//名字int age;//年龄double score;//成绩
};
8.1.2 结构体的定义和初始化
通过以下的代码示例,我们来了解一下结构体的定义和初始化
struct student
{char name[20];//名字int age;//年龄double score;//成绩
}s4, s5, s6;//第一种定义方式struct student s3;//第二种定义方式int main()
{int a;struct student s1 = { "zhangsan", 20, 98.50 };//第三种定义方式struct student s2 = { "lisi", 35, 91.98 };//初始化方式return 0;
}
其中,第一种和第二种方法定义的变量为全局变量。
结构体方面的知识点在后续会有专门的补充,今天我们先简单了解一下~
9.操作符的属性:优先级和结合性
这两个属性决定了表达式求值的计算顺序。
9.1 优先级
各种运算符的优先级是不一样的,相邻操作符中,优先级高的先进行计算。
例如:
int main()
{int r = 3 + 4 * 5;printf("%d\n", r);return 0;
}
在上述的操作符中‘*’的优先级大于‘+’,所以应该先计算4 * 5 这一部分。
关于优先级,我们可以在网上搜索相应的规则和知识,这里就不再赘述。
9.2 结合性
相邻的操作符的优先级相同的情况下,由结合性来决定。
10.表达式求值
10.1 整型提升
C语言中,整型算数运算总是至少以默认整型类型的精度进行的,为了获得这个精度,表达式中的字符和短整型操作数在使用之前被转换为普通整型,这种转换称为整型提升。
例如:
int main()
{char a = 20;char b = 130;char c = a + b;printf("%d\n", c);return 0;
}
此时,就把a和b转换为了普通整型来进行运算。
意义:CPU内的整型运算器(ALU)的操作数的字节长度和int相同,也是CPU的通用寄存器长度。表达式中各种长度可能小于Int长度的整型值,都必须先转换为unsigned int 或者Int,才能送入CPU进行运算。
如何进行整型提升呢?
1.有符号的整数提升是按照变量的数据类型的符号位来提升的
2.无符号整数提升,高位补0
10.2 算数转换
算数转换讨论的就是类型大于等于整型类型的类型,如long double、double、float、long int、int等类型的数据。
下面的层次为寻常算数转换:
1 long double
2 double
3 float
4 unsigned long int
5 long int
6 unsigned int
7 int
为从下到上进行转换。
10.3 问题表达式解析
10.3.1 表达式1
a * b + c * d + e * f
在这个表达式中,只能确定 * 的计算比 + 的早,但是优先级并不能决定第三个 * 比第一个 + 早执行。
10.3.2 表达式2
c + --c;
这时,前一个c中存的数不确定是原来的,还是--之后的。
10.3.3 表达式3
表达式过于复杂,影响可读性。
例如:
i = i-- - --i * (i = -3) * i++ + ++i
经过运行,我们可以发现在不同的编译器中,所得到的结果不同,这样代码本身就存在问题。
10.3.4 表达式4
int fun()
{static int count = 1;return ++count;
}int main()
{int answer;answer = fun() - fun() * fun();printf("%d\n", answer);return 0;
}
这时,存在的问题是,我们不知道fun( )所调用出来的数赋值在哪里。
10.3.5 表达式5
int main()
{int i = 1;int ret = (++i) + (++i) + (++i);printf("%d\n", ret);printf("%d\n", i);return 0;
}
这时代码也存在问题,我们不知道 ret 中 i 进行了几次自增。
在不同的编译器中,所得到的结果也是不一样的。所以,这个代码是存在问题的。
所以——即使我们知道了操作符的优先级和结合性,我们写出的代码也是存在风险的,因此,我们最好不要写过于复杂的表达式,既影响了可读性,也容易出错。
今天就到这里,我们下个知识点见~
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