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C语言中六种位运算符:
& 按位与
| 按位或
^ 按位异或
~取反
>>右移
<<左移
位运算符用来对二进制位进行操作,C语言中提供了如上表所示的位运算符。
位运算符中,除 ~ (取反)以外,其余均为双目运算符。
位运算符操作数只能为整型和字符型数据。
一、位移运算符
1、移位运算符简介
在C语言中,移位运算符有双目移位运算符:<<(左移)和>>(右移)。
左移运算是将一个二进制位的操作数按指定移动的位数向左移动,移出位被丢弃,右边移出的空位一律补 0 。
左移运算是将一个二进制位的操作数按指定移动的位数向左移动,移出位被丢弃,右边移出的空位一律补 0 。
右移运算是将一个二进制位的操作数按指定移动的位数向右移动,移出位被丢弃,左边移出的空位一律补 0 ,或者补符号位,这由不同的机器而定。在使用补码作为机器数的机器中,正数的符号位为 0 ,负数的符号位为 1 。
听不懂是吧,接下来且听我详解。
2、先要了解一点
首先,要了解原码、反码、补码(简单说一下)
整数在内存中存储的形式是补码的二进制。
整数的二进制表示:有3种(原码、反码、补码)
原码:直接根据数值写出的二进制序列就是原码(32位)
反码:原码的符号位不变,其他位按位取反就是反码
补码:反码加1,就是补码
对于正整数的原码、反码、补码都相同;负数是存放在二进制的补码中,负整数的原码、反码、补码都不相同。
例如:1(正整数的原码、反码、补码都相同)
1.原码:0000000000000000000000000000001反码:0000000000000000000000000000001补码:0000000000000000000000000000001
最高位为0 ,也是符号位
例如:-1(负整数的原码、反码、补码都相同
1.原码:10000000000000000000000000000001反码:11111111111111111111111111111110(按位取反,符号位不变)补码:11111111111111111111111111111111(反码加1)
最高位为1,也是符号位
3、 << 左移运算符
先上代码(只演示负整数的,看完正整数的也会了,正整数的比较简单)
1.#include<stdio.h>intmain() { inta=-5; intb=a<<1; printf("%d\n", a); printf("%d\n", b); return0; }
结果是 -10
这是为什么呢,原因如下:
规则:左移运算是将一个二进制位的操作数按指定移动的位数向左移动,移出位被丢弃,右边移出的空位一律补0。
简单说就是:左边丢弃,右边补0
先写出 -5 的补码
原码:10000000000000000000000000000101(最高位为1)反码:11111111111111111111111111111010(按位取反,符号位不变)补码:11111111111111111111111111111011(反码加1)1.
补码向左移动一位,左边去掉,右边补0,如图:
此时得到的是补码,还要反推原码才能打印
1.补码:11111111111111111111111111110110反码:11111111111111111111111111110101(补码-1得到反码)原码:10000000000000000000000000001010(按位取反得到原码)
此时得到的原码就可以打印了,结果是 -10
注:此时的 a 没有改变,依旧是 -5
4、>>右移运算符
先上代码(只演示负整数的,看完正整数的也会了,正整数的比较简单)
1.#include<stdio.h>intmain() { inta=-5; intb=a>>1; printf("%d\n", a); printf("%d\n", b); return0; }
结果是:-3
这是为什么,原因如下:
右移运算是将一个二进制位的操作数按指定移动的位数向右移动,移出位被丢弃,左边移出的空位一律补0,或者补符号位,这由不同的机器而定。在使用补码作为机器数的机器中,正数的符号位为 0 ,负数的符号位为 1 。
简单说就是:(分为 2 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。
到底是逻辑右移还是算术右移取决于编译器
我当前使用的编译器,它采用的是算术右移
先写出 -5 的补码
1.原码:10000000000000000000000000000101(最高位为1)反码:11111111111111111111111111111010(按位取反,符号位不变)补码:11111111111111111111111111111011(反码加1)
补码向右移动一位,右边丢弃,左边补符号位,如图:
此时得到的是补码,还要反推原码才能打印
补码:11111111111111111111111111111101反码:11111111111111111111111111111100(补码-1得到反码)原码:10000000000000000000000000000011(按位取反得到原码)1.
此时得到的原码就可以打印了,结果是 -3
注:此时的 a 没有改变,依旧是 -5
5、警告
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:
1.inta=5; intb=a>>-1//error
二、
1、& 按位与
先上代码:
1.#include<stdio.h>intmain() { inta=5; intb=-2; intc=a&b; printf("%d\n", c); return0;
运行结果是:4
这是为什么,原因如下:
规则:两个二进制操作数对应位同为 1 ,结果位才为 1 ,其余情况为 0 。
先写出 5,-2 的补码
1.5的补码:00000000000000000000000000000101-2的原码:10000000000000000000000000000010-2的反码:11111111111111111111111111111101-2的补码:11111111111111111111111111111110
两个二进制操作数对应位同为 1 ,结果 位 才为 1 ,其余情况为 0
5的补码:00000000000000000000000000000101-2的补码:111111111111111111111111111111105&-2的补码:00000000000000000000000000000100
此时得到的是补码,要原码才能打印
1.5&-2的原码:00000000000000000000000000000100(正整数原、反、补相同)
此时打印结果是:4
2、| 按位或
先上代码
1.#include<stdio.h>intmain() { inta=5; intb=-2; intc=a|b; printf("%d\n", c); return0; }
结果是:-1
这是为什么,原因如下:
规则:两个二进制操作数对应位只要有一个为 1 ,结果 位 就为 1 ,其余情况为 0
先写出 5,-2 的补码
5的补码:00000000000000000000000000000101-2的原码:10000000000000000000000000000010-2的反码:11111111111111111111111111111101-2的补码:11111111111111111111111111111110
两个二进制操作数对应位只要有一个为 1 ,结果 位 就为 1 ,其余情况为 0
5的补码:00000000000000000000000000000101-2的补码:111111111111111111111111111111105|-2的补码:11111111111111111111111111111111
此时打印结果是:-1
3、^ 按位异或
先上代码
intmain() { inta=5; intb=-2; intc=a^b; printf("%d\n", c); return0; }
结果是:-5
这是为什么,原因如下:
规则:两个二进制操作数对应 位 相同为 0 ,不同为 1
先写出 5,-2 的补码
5的补码:00000000000000000000000000000101-2的原码:10000000000000000000000000000010-2的反码:11111111111111111111111111111101-2的补码:11111111111111111111111111111110
两个二进制操作数对应 位 相同为 0 ,不同为 1
5的补码:00000000000000000000000000000101-2的补码:111111111111111111111111111111105^-2的补码:11111111111111111111111111111011
此时得到的是补码,需要原码才能打印
5^-2的补码:111111111111111111111111111110115^-2的反码:111111111111111111111111111110105^-2的原码:10000000000000000000000000000101
此时打印结果是:-5
4、~ 取反
~ (取反)这是一个单目操作符,先上代码
intmain() { inta=5; intc=~a; printf("%d\n", c); return0; }
结果是:-6
这是为什么,原因如下:
规则:一个二进制操作数,对应位为 0 ,结果位为 1 ;对应位为 1 ,结果位为 0
作用是将每位二进制取反
先写出 5 的补码
5的补码:00000000000000000000000000000101
对应位为 0 ,结果位为 1 ;对应位为1,结果位为 0
5的补码:00000000000000000000000000000101取反:11111111111111111111111111111010
此时得到的是补码,需要原码才能打印
取反后(补码):11111111111111111111111111111010反码:11111111111111111111111111111001原码:10000000000000000000000000000110
此时打印的结果是:-6
4、例子
例:不能创建临时变量(第三个变量),实现两个数的交换
很容易想到的代码是两个数相减,代码如下:
intmain() { inta=10; intb=20; a=a+b; b=a-b; a=a-b; printf("a = %d b = %d\n", a, b); return0; }
但是这种代码有局限性,当 a 和 b 这两个数很大的时候,加起来超过了 int 的范围,代码就失效了
另一种的方法不易想到,就是用位操作符来实现,代码如下:
intmain() { inta=10; intb=20; a=a^b; b=a^b; a=a^b; printf("a = %d b = %d\n", a, b); return0; }
为什么可以交换 a 和 b ,原因留给你自己琢磨,上面已经介绍过 ^ (按位异或)了
三、最后
文章到这就结束了,希望对你有帮助,觉得文章不错就点个赞吧。
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