C語言按位運算符如何使用

今天小編給大家分享一下C語言按位運算符如何使用的相關(guān)知識點，內(nèi)容詳細，邏輯清晰，相信大部分人都還太了解這方面的知識，所以分享這篇文章給大家參考一下，希望大家閱讀完這篇文章后有所收獲，下面我們一起來了解一下吧。

1、按位運算符

1.1 按位或( | )和按位與( & )

上期我們講到過邏輯或和邏輯與，他們得到的結(jié)果是真假值，但我們一定要區(qū)分清楚，按位運算符 "|" 和 "&" 與邏輯運算符 "||" "&&" 是完全兩個概念。

按位，簡明之意，按數(shù)值二進制位來進行運算，都是在數(shù)據(jù)補碼的基礎(chǔ)上進行。

按位或 "|" ：兩個數(shù)值的二進制補碼對應位進行運算，對應位有 1 則為 1 ，否則為 0。

按位與 "&"：兩個數(shù)值的二進制補碼對應位進行運算，對應位都為 1 則為 1， 否則為 0。

這里我們舉例說明：

1 | 2 :

1 的二進制補碼：0000 0000 ... 0000 0001

2 的二進制補碼：0000 0000 ... 0000 0010

------按位或結(jié)果: 0000 0000... 0000 0011 -> 對應十進制：3

1 & 2：

1 的二進制補碼：0000 0000 ... 0000 0001

2 的二進制補碼：0000 0000 ... 0000 0010

------按位與結(jié)果: 0000 0000... 0000 0000 -> 對應十進制：0

其實有很多大學老師或者是書上都有可能把按位或，按位與，以及后面我們要講的按位異或，他們會把每位二進制運算后的結(jié)果稱為真或者假，其實這樣的說法是不夠嚴謹?shù)?，真假是邏輯判斷，而按位運算得到的結(jié)果是數(shù)值，而且在C語言中0表示假，非0為真，所以我是不推薦這種說法。

1.2 按位異或( ^ )

按位或 "^" ：兩個數(shù)值的二進制補碼對應位進行運算，相同為 0 ， 不同為 1。

這里我們舉例說明：

1 ^3:

1 的二進制補碼：0000 0000 ... 0000 0001

3 的二進制補碼：0000 0000 ... 0000 0011

---按位異或結(jié)果: 0000 0000... 0000 0010 -> 對應十進制：2

5 ^0:

5 的二進制補碼：0000 0000 ... 0000 0101

0 的二進制補碼：0000 0000 ... 0000 0000

---按位異或結(jié)果: 0000 0000... 0000 0101 -> 對應十進制：5

結(jié)論：任何數(shù)異或0都等于它本身

這里有一道筆試題：不創(chuàng)建臨時變量，實現(xiàn)兩個數(shù)的交換。

//很多小伙伴直接想出來的做法：
int main()
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
    a = a + b;
    b = a - b;
    a = a - b;
    printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
    return 0;
}

但是我們仔細研究下這段代碼，他有沒有什么隱藏的問題呢？

一個整型，占四個字節(jié)，也就是 32 個比特位，這里進行加法運算，就會產(chǎn)生進位，萬一我們是兩個很大的數(shù)相加呢？他們的和超過了整型最大存儲范圍，那么在計算機里面就會發(fā)生截斷！為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象，我們可以采取異或的方法來實現(xiàn)這道題：

最后還有一個很簡單的按位取反操作符：~

用途：對一個數(shù)的二進制按位取反(包括它的符號位)

注意：以上的位運算符，他們的操作數(shù)必須是整數(shù)！

1.3 一個關(guān)于整型提升的問題

有這樣一串代碼，問：為什么一個char類型大小可以求出來是4字節(jié)？

無論任何位運算符，都是要計算機進行計算的，而計算機中CPU具有運算能力，但計算的數(shù)據(jù)都是放在內(nèi)存中的。所以，做任何運算，都必須將數(shù)據(jù)從內(nèi)存拿到CPU的寄存器中。而寄存器默認的操作數(shù)寬度是32位，可是，char類型數(shù)據(jù)只有1個字節(jié)，也就是8位，不滿足32位怎么辦，這就需要整型提升了！（詳細整型提升大家可以查閱資料哦）

如果是一個有符號數(shù)的話：高位補符號位

如果是一個無符號數(shù)的話：高位補0

2、移位操作符

2.1 左移<< 右移>>操作符

<< 左移運算符是一個雙目運算符，功能是把左邊的運算數(shù)的各個二進制位向左移動指定位數(shù)。

>> 右移運算符是一個雙目運算符，功能是把右邊的運算數(shù)的各個二進制位向右移動指定位數(shù)。

注意：

<< 左移：最低位丟棄，最高位補零

>> 右移：

1. 無符號數(shù)：最低位丟棄，最高位補零 [邏輯右移]

2. 有符號數(shù)：最低位丟棄，最高位補符號位 [算數(shù)右移]

以上在補碼中進行運算

警告：移位運算符，請不要移動負數(shù)位，這是標準未定義的！

左移我們好說，主要是右移我們需要細講一下：

明顯看到，這是在無符號數(shù)下進行右移，第一個小伙伴都不會感到驚訝， 可是第二個就有點不理解了，我們來解釋下：

這里有一個問題，當 -1 準備放入變量 b 的時候我們需要看-1的類型嗎？

答案是不需要！內(nèi)存中放的都是二進制補碼，本質(zhì)上是把 -1 的補碼放入變量 b 當中，第二，右移操作符屬于計算，需要在CPU中進行，所以需要先把內(nèi)存中 -1 的補碼拿到CPU寄存器中運算，按照我們的規(guī)則，右移中，無符號數(shù)低位丟棄高位補零，所以 -1 右移完成之后就變成了 0111 1111 ... 1111 1111，接著我們以 %d 有符號整型打印，就會把他當作有符號數(shù)看待，最高位是 0 所以被認為是正數(shù)，轉(zhuǎn)化成十進制也就是如上打印的值。

第二個我們來看下有符號數(shù)右移：

這個相信大家就很好理解了，第一個高位補符號位也就是補 0，低位丟棄，所以結(jié)果是 0，第二個高位補符號位也就是補 1，低位丟棄，值仍然不變，還是 -1。

注意：a>>1 并不會改變 a 變量的值，就好比如 a + 1。這樣寫才會改變：a = a >> 1;

2.2 習題練習

學完了上期的邏輯操作符，和本期的移位操作符，我們來練練手：

請你設(shè)計一個宏可以指定數(shù)據(jù)第幾個比特位更改為 1 ，并設(shè)計一個函數(shù)將各個比特位打印出來。

//參考
#define SETBIT(a, num) ((a) |= (1 << (num - 1)) )
void PrintBit(int a)
{
    int num = 31;
    while (num >= 0)
    {
        if ((a & (1 << num)))
            printf("1");
        else
            printf("0");
        --num;
    }
    printf("\n");
}
int main()
{
    int a = 0;
    SETBIT(a, 5);
    PrintBit(a);
    return 0;
}

3、++和--的操作

3.1 基本操作

其實這節(jié)知識點理解起來是很簡單的，只不過總有些學校喜歡出一些很拉跨的題目：

int i = 3; 問：(++i) + (++i) + (++i) 的值是多少？

我的建議是，看到這類題，直接空著，你也可以在下面添一句，“ 你禮貌嗎？”

這種表達式，在任何編譯器下算出來的結(jié)果是不一樣的！

對于這種問題沒必要去爭論誰對誰錯， 如果有人想跟你杠的話，那么你直接告訴他，你真的超級高水平。

好了，言歸正傳，我們來說一下 ++ 和 -- 的基本理解：

1. 前置++ -- ：先自增(減)，再使用

2. 后置++ -- ： 先使用，再自增(減) 如果沒有變量接收，那么直接自增。

例子：

基本使用就是這么多，接下來我們從匯編角度來深度理解一下：

3.2 從匯編角度深入理解a++

既然我們知道，后置++ 是先使用后++，如果我們單純的就 ++ 一下呢，他這個值被使用到了哪里去了呢？

int main()
{
    int a = 0xDD;
    int b = a++; //有b接收，那么a的先使用是將a的值(內(nèi)容),放到b中
    int c = 0xEE;
    c++; //沒有接收方，那么"先使用"，如何理解？
    return 0;
}

vs2019編譯器反匯編：

結(jié)論：后置++ 完整的含義是先使用，在自增，如果沒有變量接收，那么直接自增。

注意：在不同的編譯器可能處理過程不同，不過這是一個基本的研究過程，比單純的理論學習更嚴謹。

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