C语言第十五弹---操作符(上)

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系列专栏： 【C语言详解】 【数据结构详解】

操作符

1、操作符的分类

2、二进制和进制转换

2.1、2进制转10进制

2.1.1、10进制转2进制数字

2.2、2进制转8进制和16进制

2.2.2、2进制转16进制

3. 原码、反码、补码

4. 移位操作符

4.1 左移操作符

4.2 右移操作符

5. 位操作符：&、|、^、~

6. 单目操作符

7. 逗号表达式

总结

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1、操作符的分类

• 算术操作符： + 、 - 、 * 、 / 、 %

• 移位操作符: <<  >>

• 位操作符: &  |  ^  ~

• 赋值操作符: = 、 += 、 -= 、 *= 、 /= 、 %= 、 <<= 、 >>= 、 &= 、 |= 、 ^=

• 单目操作符： ！、 ++ 、 -- 、 & 、 * 、 + 、 - 、 ~ 、 sizeof 、 ( 类型 )

• 关系操作符: > 、 >= 、 < 、 <= 、 == 、 !=

• 逻辑操作符： && 、 ||

• 条件操作符： ? :

• 逗号表达式： ,

• 下标引用： []

• 函数调用： ()

• 结构成员访问： . 、 ->

上述的操作符，我们已经讲过算术操作符、赋值操作符、逻辑操作符、条件操作符和部分的单目操作符，今天继续介绍⼀部分，操作符中有⼀些操作符和⼆进制有关系，我们先铺垫⼀下⼆进制的和进制转换的知识。

2、二进制和进制转换

其实我们经常能听到2进制、8进制、10进制、16进制这样的讲法，那是什么意思呢？ 其实2进制、8进制、10进制、16进制是数值的不同表示形式而已。

比如：数值15的各种进制的表示形式：

15的2进制：1111
15的8进制：17
15的10进制：15
15的16进制：F

我们重点介绍⼀下⼆进制：

首先我们还是得从10进制讲起，其实10进制是我们生活中经常使用的，我们已经形成了很多尝试：

• 10进制中满10进1

• 10进制的数字每一位都是0~9的数字组成

其实二进制也是⼀样的

• 2进制中满2进1

• 2进制的数字每⼀位都是0~1的数字组成

那么 1101 就是⼆进制的数字了。

2.1、2进制转10进制

其实10进制的123表示的值是⼀百⼆⼗三，为什么是这个值呢？其实 10进制的每⼀位是权重的，10进制的数字从右向左是个位、⼗位、百位....，分别每⼀位的权重是 10^0, 10^1, 10^2...

如下图：

2进制和10进制是类似的，只不过2进制的每⼀位的权重， 从右向左是: 2^0, 2^1, 2^2...

如果是2进制的1101，该怎么理解呢？

2.1.1、10进制转2进制数字

2.2、2进制转8进制和16进制

8进制的数字每⼀位是0~7的，0~7的数字，各自写成2进制，最多有3个2进制位就足够了 ，比如7的⼆进制是111，所以在2进制转8进制数的时候， 从2进制序列中右边低位开始向左每3个2进制位会换算⼀个8进制位，剩余不够3个2进制位的直接换算。

如：2进制的01101011，换成8进制：0153， 0开头的数字，会被当做8进制。

2.2.2、2进制转16进制

16进制的数字每⼀位是0~9,a ~f 的，0~9,a ~f的数字，各自写成2进制，最多有4个2进制位就足够了， 比如 f 的⼆进制是1111，所以在2进制转16进制数的时候， 从2进制序列中右边低位开始向左每4个2进制位会换算⼀个16进制位，剩余不够4个⼆进制位的直接换算。

如：2进制的01101011，换成16进制：0x6b， 16进制表示的时候前面加0x

3. 原码、反码、补码

整数的2进制表示方法有三种，即原码、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 ，2进制序列中，最高位的1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表示“负”。

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。

原码：直接将数值按照正负数的形式翻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。

反码得到原码也是可以使用：取反，+1的操作。

对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码。

为什么呢？

在计算机系统中，数值⼀律用补码来表示和存储。原因在于，使用补码，可以将符号位和数值域统⼀处理；同时，加法和减法也可以统⼀处理（CPU只有加法器），此外，补码与原码相互转换，其运算过程是相同的，不需要额外的硬件电路。

此处只讲解原反补码的基本概念，后面章节会详细讲解如何进行计算。

4. 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。

4.1 左移操作符

移位规则：左边抛弃、右边补0

#include 
int main()
{
 int num = 10;
 int n = num<<1;
 printf("n= %d\n", n);
 printf("num= %d\n", num);
 return 0;
}

4.2 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

#include 
int main()
{
 int num = -10;
 int n = num>>1;
 printf("n= %d\n", n);
 printf("num= %d\n", num);
 return 0;
}

此处暂时记住结论，VS右移时遵守算术右移。后序会详细讲解。

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：

int num = 10;
num>>-1;//error

5. 位操作符：&、|、^、~

位操作符有 (都是使用二进制计算) ：

& //按位与    1&1=1 1&0=0 0&0=0 同时为真才为真
| //按位或    1|0=1 1|1=1 0|0=0 一个为真则为真
^ //按位异或  相同为0 相异为1
~ //按位取反  ~0为1 ~1为0

注：他们的操作数必须是整数。

直接上代码：

#include 
int main()
{
 int num1 = 3;
 int num2 = 5;
 printf("%d\n", num1 & num2);
 printf("%d\n", num1 | num2);
 printf("%d\n", num1 ^ num2);
 printf("%d\n", ~0);
 return 0;
}

初次学习位运算建议用正数举例，因为原反补码相同，更容易理解。

注：屏幕上打印的是原码，计算的是补码，在内存中存储的是补码。

⼀道变态的面试题：

不能创建临时变量（第三个变量），实现两个数的交换。

#include 
int main()
{
 int a = 10;
 int b = 20;
 a = a^b;
 b = a^b;
 a = a^b;
 printf("a = %d b = %d\n", a, b);
 return 0;
}

练习1：编写代码实现：求⼀个整数存储在 内存中(补码) 的⼆进制中1的个数。

参考代码：
//方法1
#include 
int main()
{
 int num = 10;
 int count= 0;//计数
 while(num)
 {
 if(num%2 == 1)
 count++;
 num = num/2;
 }
 printf("二进制中1的个数 = %d\n", count);
 return 0;
}
//思考这样的实现⽅式有没有问题？

如上图所示，如果为-10，次代码就有问题，因为负数原反补码不相同。

//方法2：
#include 
int main()
{
 int num = -1;
 int i = 0;
 int count = 0;//计数
 for(i=0; i<32; i++)
 {
 if( num & (1 << i) )
 count++; 
 }
 printf("⼆进制中1的个数 = %d\n",count);
 return 0;
}
//思考还能不能更加优化，这⾥必须循环32次的。

//⽅法3：
#include 
int main()
{
 int num = -1;
 int i = 0;
 int count = 0;//计数
 while(num)
 {
 count++;
 num = num&(num-1);
 }
 printf("⼆进制中1的个数 = %d\n",count);
 return 0;
}
//这种⽅式是不是很好？达到了优化的效果，但是难以想到。

练习2：⼆进制位置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

13的2进制序列： 00000000000000000000000000001101
将第5位置为1后：00000000000000000000000000011101  
将第5位再置为0：00000000000000000000000000001101

参考代码：

#include 
int main()
{
 int a = 13;
 a = a | (1<<4);
 printf("a = %d\n", a);
 a = a & ~(1<<4);
 printf("a = %d\n", a);
 return 0;
}

6. 单目操作符

单目操作符有这些：

！、 ++ 、 -- 、 & 、 * 、 + 、 - 、 ~ 、 sizeof 、 ( 类型 )

单目操作符的特点是只有⼀个操作数，在单目操作符中 只有&和*没有介绍，这2个操作符，我们放在学习指针的时候学习。

7. 逗号表达式

exp1, exp2, exp3, …expN

逗号表达式，就是用逗号隔开的多个表达式。

逗号表达式，从左向右依次执行。

整个表达式的结果是最后⼀个表达式的结果。

//代码1
#include
int main()
{
	int a = 1;
	int b = 2;
	int c = (a > b, a = b + 10, a, b = a + 1);//逗号表达式
	//c是多少？
	printf("c = %d\n", c);
	return 0;
}

注：逗号表达式需要小括号包括喔，不然就不是逗号表达式啦！！！

int a = 1;
int b = 2;
int c = (a > b, a = b + 10, a, b = a + 1);//此处为逗号表达式
int c = a > b, a = b + 10, a, b = a + 1;//此处为有问题表达式，a和b都重定义了
//此条代码的实质为下：
int c=a >b;
int a=b + 10;//前面已经定义a了，还定义一次所以导致重定义行为
int a;
int b=a + 1;//前面已经定义b了，海淀一一次所以导致重定义行为

//代码2
if (a =b + 1, c=a / 2, d > 0)

//代码3
a = get_val();
count_val(a);
while (a > 0)
{
 //业务处理
 a = get_val();
 count_val(a);
}
//循环前需要执行一段表达式，循环体也需要执行该段表达式
//符合逗号表达式原则，因此可以在循环条件前加该段表达式
如果使⽤逗号表达式，改写：
while (a = get_val(), count_val(a), a>0)
{
 //业务处理
}

总结

本篇博客就结束啦，谢谢大家的观看，如果公主少年们有好的建议可以留言喔，谢谢大家啦！