learn_C_deep_11 (深刻理解整形提升、左移和右移规则、花括号、++和--操作、表达式匹配:贪心算法)

简介: learn_C_deep_11 (深刻理解整形提升、左移和右移规则、花括号、++和--操作、表达式匹配:贪心算法)

深刻理解整形提升


#include <stdio.h>
int main()
{
  char c = 0;
  printf("sizeof(c): %d\n", sizeof(c)); //1
  printf("sizeof(c): %d\n", sizeof(~c)); //4
  printf("sizeof(c): %d\n", sizeof(c << 1)); //4
  printf("sizeof(c): %d\n", sizeof(c >> 1)); //4
  return 0;
}


char类型的c经过按位取反、左移和右移是不是char类型了?为什么char类型的c加了操作符运算求空间大小就不是1了呢?


无论任何位运算符,目标都是要计算机进行计算的,而计算机中只有CPU具有运算能力(先这样简单理解),但计算的数据, 都在内存中。故,计算之前(无论任何运算),都必须将数据从内存拿到CPU中,拿到CPU哪里呢?毫无疑问,在CPU 寄存器 中。 而寄存器本身,随着计算机位数的不同,寄存器的位数也不同。一般,在32位下,寄存器的位数是32位。 可是,你的char类型数据,只有8比特位。读到寄存器中,只能填补低8位,那么高24位呢? 就需要进行“整形提升”。


       char类型的数据经过按位取反、左移和右移后,仍然是char类型的数据,这些操作不会改变数据的类型。char类型进行操作符运算进行了整形提升,由于寄存器的位数是32位,char类型的变量会提升为int类型,所以求的空间大小就是4个字节。


对于vs编译器(图右)上将!c所占空间定为1个字节,我们可以认为这是编译器的bug,因为c参加了运算,必定会进行整形提升,在gcc编译器(图左)下我们就可以发现!c所占空间是4个字节。


左移和右移规则


#include <stdio.h>
int main()
{
  /*
    <<(左移): 最高位丢弃,最低位补零
    >>(右移):
    1. 无符号数:最低位丢弃,最高位补零     [逻辑右移]
    2. 有符号数:最低位丢弃,最高位补符号位 [算术右移]
  */
  //左移
  unsigned int a = 1;    //0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 - 1
  printf("%u\n", a << 1);//0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0010 - 2
  printf("%u\n", a << 2);//0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0100 - 4
  printf("%u\n", a << 3);//0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 - 8
  //逻辑右移
  unsigned int b = 100;  //0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110 0100 - 100
  printf("%u\n", b >> 1);//0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 0010 - 50
  printf("%u\n", b >> 2);//0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1001 - 25
  printf("%u\n", b >> 3);//0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1100 - 12
  //算术右移,最高位补符号位1, 虽然移出了最低位1,但是补得还是1
  int c = -1;            //1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 - -1
  printf("%d\n", c >> 1);//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 - -1
  printf("%d\n", c >> 2);//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 - -1
  printf("%d\n", c >> 3);//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 - -1
  //是算术右移,还是逻辑右移?最高位补0,为何?
  unsigned int d = -1;   //1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 
  printf("%d\n", d >> 1);//0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 - 2147483647
  printf("%d\n", d >> 2);//0011 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 - 1073741823
  printf("%d\n", d >> 3);//0001 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 - 536870911
  return 0;
}


结论:

       左移,无脑补0。

       右移,先判定是算术右移还是逻辑右移,判定依据:看自身类型,和变量的内容无关。

       判定了是算术,还是逻辑,才能决定最高位补什么。


如何理解"丢弃"


'<<' 和 '>>' 都是计算,都要在CPU中进行,可是参与移动的变量,是在内存中的。 所以需要先把数据移动到CPU内寄存器中,在进行移动。 那么,在实际移动的过程中,是在寄存器中进行的,即大小固定的单位内。那么,左移右移一定会有位置跑到"外边"的情况。


一个问题


#include<stdio.h>
int main()
{
  int a = 10;
  a << 1; //有没有影响a本身的值,为什么?怎么样做能影响a的值
  printf("%d\n", a);
  return 0;
}


0x01<<2+3 的值是多少


#include <stdio.h>
int main()
{
  //0x01:0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001
  printf("%d\n", 0x01 << 2 + 3);//32
  printf("%d\n", 0x01 << (2 + 3));//32
  printf("%d\n", (0x01 << 2) + 3);//7
  return 0;
}


  这是一个C语言程序,其中定义了一个main函数,函数中执行了三个printf语句,分别输出了三个表达式的结果。


       这三个表达式的意义如下:


1. 0x01 << 2 + 3

       这个表达式中,先进行加法运算2+3,结果为5,然后再对0x01(二进制为0000 0001)进行左移5位操作,即在二进制的右侧补5个0,得到的结果为0010 0000,即十进制的32。


2. 0x01 << (2 + 3)

       这个表达式中,由于加法运算的优先级比位运算低,所以先执行括号内的加法运算,得到的结果为5。然后再对0x01进行左移5位操作,得到的结果为0010 0000,即十进制的32。


3. (0x01 << 2) + 3

       这个表达式中,先对0x01进行左移2位操作,得到的结果为0000 0100,即十进制的4。然后再将得到的结果与3进行加法运算,得到的结果为7。


       综上所述,这个程序的输出结果为:32     32     7


花括号


       在C语言中,花括号是用来表示代码块的。一个代码块包含一组语句,可以作为一个整体进行控制。花括号通常用于控制语句(如if、for、while等)的语法结构,以及函数、结构体等作用域的定义中。 在代码中,花括号用于将一组语句组合成一个代码块。花括号中的语句可以被认为是一个整体,可以作为一个单元进行控制。

//别这么写
#include <stdio.h>
int main()
{
  char a[] = { "abcde" };
  printf("%d\n", sizeof(a));
  char a[]{ = "abcde"};//error
  printf("%d\n", sizeof(a));
  char a[10]{ = "abcde" };//error
  printf("%d\n", sizeof(a));
  return 0;
}

规规矩矩写代码,不能乱写{ }。


++、--操作


#include <stdio.h>
int main()
{
  int a = 10;
  int b = ++a; //前置++, 先自增在使用
  printf("%d, %d\n", a, b); //11,11
  return 0;
}


 程序中的操作主要集中在语句 int b = ++a; 中,这是一个前置++的运算,它的作用是先让a自增1,然后再将自增后的值赋给b,因此,最终a和b的值都变成了11。

#include <stdio.h>
int main()
{
  int a = 10;
  int b = a++; //后置++, 先使用在自增
  printf("%d, %d\n", a, b); //11, 10
  return 0;
}


程序中的操作主要集中在语句 int b = a++; 中,它是一个后置++运算,它的作用是先将a的值赋给b,然后再执行自增操作,因此,最终a的值为11,而b的值为10。

#include <stdio.h>
int main()
{
  int a = 0xDD;
  //有b接收,那么a的先使用是将a的值(内容),放到b中
  int b = a++; 
  int c = 0xEE;
  //没有接收方,那么"先使用",如何理解?
  c++; 
  return 0;
}


       a++完整的含义是先使用,在自增。如果没有变量接收,那么直接自增(或者所谓使用,就是读取进寄存器,然后没有 然后)。

#include <stdio.h>
int main()
{
  int i = 1;
  int ret = (++i) + (++i) + (++i);
  printf("%d\n", ret);
  printf("%d\n", i);
  return 0;
}


       本代码结果不同的原因就是 i 变量自增后有没有影响后面的 i 值。i 是自己自增完后经过加法运算后 i 再自增,还是三次 i 都自增完然后再进行加法操作。

 

我们现在来看一下vs下的计算过程


本质:是因为上面表达式的"计算路径不唯一"(为什么?编译器识别表达式,是同时加载至寄存器,还是分批加载,完全不确定)导致的。以后,类似这种复杂表达式,我们一律不推荐使用或者编写。


表达式匹配:贪心算法


#include<stdio.h>
int main()
{
  int a = 10;
  int b = 20;
  printf("%d\n", a++++ + b); //自动匹配失败
    //    贪心算法:(a++)++ + b
  int a = 10;
  int b = 20;
  printf("%d\n", a++ + ++b); //自行分离匹配,非常不推荐,不过能看出空格的好处
  return 0;
}


在这段代码中,我们看到了两个不同的表达式。第一个表达式是 `a++++ + b`,它会自动匹配失败,因为自增运算符只能和一个变量一起使用。由于自增运算符的优先级比加法运算符高,因此编译器会将其解释为 `(a++)++ + b`,这是非法的表达式。因此,编译器会报告错误。


       第二个表达式是 `a++ + ++b`,它虽然能够被编译器解析正确,但这种写法不够清晰,不推荐使用。这个表达式中包含了两个自增运算符,其中一个跟在变量名前面,另一个跟在变量名后面。由于自增运算符的优先级高于加法运算符,编译器会首先对 `++b` 进行自增操作,然后将 `a` 和 `b` 进行加法运算。


       在这两个表达式中,我们都可以看到贪心算法的影子。贪心算法会尽可能地选择当前最优的解决方案,但在这里,由于自增运算符只能和一个变量一起使用,所以编译器只能尽量匹配,直到遇到无法匹配的表达式为止。因此,为了避免这种情况,我们应该尽量避免写出复杂的、不清晰的表达式。


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