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1. 前言🚩
我们已经在了解C语言的内一章节熟悉了所有的操作符了解C语言.其实操作符还有一些更细节更有用的延申内容,本章就给大家带来操作符详解!
2. 移位操作符🚩
我们之前介绍过,这里的移位操作符移动的是二进制位
注意:这里的移位操作符的操作数只能是正整数.
比如说:
int a=10;
int b=a>>1;
int c=a<<-1;
这种移动负数位的行为是未定义的,在不同编译器下可能出现不同的情况
2.1 右移操作符🏁
这里的左移操作符很简单,就是左边舍弃,右边补0,然而我们的右移操作符相对比较复杂,首先右移运算分为两种:
- 逻辑移位
左边用0填充，右边丢弃
- 算术移位
左边用原该值的符号位填充，右边丢弃
我们的编译器往往采用的是算术移位
对于逻辑移位来说,比较容易理解,和左移一样直接补0即可,但是这里的算术移位还要分情况:
int main()
{
int a = 15;
//00000000000000000000000000001111 - 原码
//00000000000000000000000000001111 - 反码
//00000000000000000000000000001111 - 补码
int b = -15;
//10000000000000000000000000001111 - 原码
//11111111111111111111111111110000 - 反码(原码的符号位不变，其他位按位取反得到的就是反码)
//11111111111111111111111111110001 - 补码(反码+1就是补码)
//整数在内存中存储的是补码
//计算的时候也是使用补码计算的
return 0;
}
这里我们首先需要知道,数据在内存中存储和运算是用的补码.假设我们将a算术右移1,再将b算术右移1,我们来看看结果:
//移位移动的是补码的二进制序列
int main()
{
int a = 15;
int b = a >> 1;
printf("%d\n", b);//7
printf("%d\n", a);//15
return 0;
}
int main()
{
int a = -15;
int b = a >> 1;
printf("%d\n", b);
printf("%d\n", a);
return 0;
}
结论1:
我们可以打印出这里的第一个 a b和第二个 a b,.我们发现第一个打印的a还是15,这说明这个运算: a>>1对a没有影响(不像a++会让a改变),如果我们想要a的二进制位向右移动,应该写成:a=a>>1
结论2:
当我们打印第二个 a b 时,会发现a等于-8,那么这个-8是怎么来的?这里我们画图来理解:
我们发现最终得到的源码为-8的源码.这里-15向右移动时,左边不是补0,而是补1,因为-15的符号位是1,所以前面补1.
3. 位操作符🚩
这里的按位与&和按位或|大家都比较熟悉了就不多讲解.主要是这个按位异或操作^,两个数对应的二进制位相同为0,相异为1,所以这里我们可以得出一个结论:
- 任何数与0按位异或的结果都是这个数本身
- 任何数按位异或自己本身的结果都为0.
知道了上面的结论后,这里我给出一道非常经典的面试题:不能创建临时变量,交换a和b的值按照我们以往的方法,我们会先将a,b中一个值保存起来然后再挨个赋值,当然我们学到位操作符后有更优解不用创建临时变量:
#include <stdio.h>
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;
}
这里我们;来理解一下为什么这样可以交换两个值:
.我们将这几个步骤一一走下来会发现:b的值变成a了,a的值也变成b了.这里就是充分运用了一个数按位异或0和按位异或本身的结论来实现功能
其实这里还有一种解法:大家自行理解:
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 10;
int b = 20;
a=a+b;//a=30
b=a-b;//b=30-20=10=a
a=a-b;//a=30-10=20=b
printf("a = %d b = %d\n", a, b);
return 0;
}
除此之外,这里还有一道很经典的OJ题力扣136题也可以用按位异或做出来,大家可以自己去思考
4. sizeof和数组🚩
这里直接给出一段代码再来理解它们的区别:
#include <stdio.h>
void test1(int arr[])
{
printf("%d\n", sizeof(arr));//(2)
}
void test2(char ch[])
{
printf("%d\n", sizeof(ch));//(4)
}
int main()
{
int arr[10] = {0};
char ch[10] = {0};
printf("%d\n", sizeof(arr));//(1)
printf("%d\n", sizeof(ch));//(3)
test1(arr);
test2(ch);
return 0;
}
这里的(1)(2)(3)(4)分别打印什么呢?先来看(1)(3),我们之前提过,当数组名放在sizeof内部时代表整个数组,所以(1)就代表10个整型的大小.应该为40.(3)也是同理,代表10个字符型的大小,应该是10.
而当我们的数组名作为函数参数传到函数中时,它代表的是数组首元素地址,再将这里的数组名放在sizeof中时,这下就和我们前面的结论不同了,因为这里的数组名已经是首元素地址了,相当于它就是一个地址,而在32位机器中,地址也就是指针所占大小为4个字节,所以这里的sizeof求值相当于求得是指针得大小,就和数组得类型没有关系了,不管你是整型数组还是字符型数组,只是要指针它的大小就是4个字节(32位机器),所以(2)(4)都会打印4或8(64位机器打印8)
5. 隐式类型转换🚩
C的整型算术运算总是至少以缺省整型类型的精度来进行的。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。比如下面这段代码:
char a = 5;
char b = 127;
char c = a + b;
这里的将a和b相加时,系统会自己进行隐式类型转换(就是不会显现出来这种转换),将char类型整型提升至int类型再进行运算.这里我们将它们的二进制码写出来做分析
int main()
{
char c1 = 5;//char类型占一个字节,八个二进制位
//00000000000000000000000000000101
//00000101 - c1 (截断成8个二进制位)
char c2 = 127;
//00000000000000000000000001111111
//01111111 - c2 (截断成8个二进制位)
char c3 = c1 + c2;//进行运算时要整型提升.截断后第一位为0,前面就全部补0
//00000000000000000000000000000101(整型提升后的5)
//00000000000000000000000001111111(整型提升后的127)
//00000000000000000000000010000100(相加后得到的值)并且因为c也是char类型的变量,所以得到最终的值后还要发生截断
//10000100 - c3(截断成8个二进制位)
//%d - 10进制的形式打印有符号的整数
//11111111111111111111111110000100 - 补码
//11111111111111111111111110000011 - 反码
//10000000000000000000000001111100 - 源码-> -124
printf("%d\n", c3);
return 0;
我们总结一下隐式类型转换这个过程发生的事情:
- 第一步: a=5是整型放在char类型中,要从四个字节(32个二进制位)截断到一个字节(8个二进制位),b和a同理
- 第二步: 当a和b相加时,a和b会发生隐式类型转换,暂时变成整型(四个字节),然后a和b作为整型相加后,把值赋值给c
- 第三步: c也是char类型变量,所以a和b相加后的值也要从四个字节截断到一个字节.
- 第四步: printf函数要打印C,并且是按照整型%d打印,所以这里的C还要发生整型提升成四个字节后才能被打印
- 第五步: C在整型提升前的二进制码是:10000100,第一个二进制码是1所以整型提升时,前面的24位二进制位全部补1
当你真正理解了上面的五步,你也许就理解隐式类型转换是怎么回事了!
5.1 整型提升的意义🏁
整型提升的意义：
-
表达式的整型运算要在CPU的相应运算器件内执行，CPU内整型运算器(ALU)的操作数的字节长度
一般就是int的字节长度，同时也是CPU的通用寄存器的长度。 -
因此，即使两个char类型的相加，在CPU执行时实际上也要先转换为CPU内整型操作数的标准长度。
-
通用CPU（general-purpose CPU）是难以直接实现两个8比特字节直接相加运算（虽然机器指令
中可能有这种字节相加指令）。所以，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int或unsigned int，然后才能送入CPU去执行运算。
并且整形提升是按照变量的数据类型的符号位来提升的 ! ! !
//负数的整形提升
char c1 = -1;
变量c1的二进制位(补码)中只有8个比特位：
1111111
因为 char 为有符号的 char
所以整形提升的时候，高位补充符号位，即为1
提升之后的结果是：
11111111111111111111111111111111
//正数的整形提升
char c2 = 1;
变量c2的二进制位(补码)中只有8个比特位：
00000001
因为 char 为有符号的 char
所以整形提升的时候，高位补充符号位，即为0
提升之后的结果是：
00000000000000000000000000000001
//无符号整形提升，高位补0
return 0;
}
6. 操作符的属性🚩
复杂表达式的求值有三个影响的因素。
- 操作符的优先级
- 操作符的结合性
- 是否控制求值顺序。
两个相邻的操作符先执行哪个？取决于他们的优先级。如果两者的优先级相同，取决于他们的结合性。
操作符优先级
这里我给出一个博客链接,大家可以去看看操作符的优先级和结合性:操作符的优先级和结合性
值得注意的是,这个表格不用全文背诵,当你要用到时可以随时查表,或者你自己不确定优先级时可以根据你的目的加上相应的括号
6.1 问题表达式🏁
即使我们知道了操作符的优先级和操作符的结合性,有些表达式的值也可以得到不同的答案,比如很经典的:
int c = 5;
int a = c + --c;
这段代码在不同编译器下求出的值可能是不一样的,因为操作符的优先级只能决定自减–的运算在+的运算的前面，但是我们并没有办法得知，+操作符的左操作数的获取在右操作数之前还是之后求值，所以结果是不可预测的，是有歧义的。
我们知道这里得加号是从右至左结合得,所以先算–c,但是前面的C你并不知道它是一开始就放进去的5还是C–之后才放进去的4 !
亦或者这段代码:
int main()
{
int i = 10;
i = i-- - --i * ( i = -3 ) * i++ + ++i;
printf("i = %d\n", i);
return 0;
}
它在不同编译器下的结果:
总结:我们写出的表达式如果不能通过操作符的属性确定唯一的计算路径，那这个表达式就是存在问题的。这种代码是非法表达式,我们在写代码的时候宁愿多写几行也不能写成这样图快 ! ! !
7. 总结🚩
操作符这一模块使用的还是很频繁的,有些看起来很麻烦的问题用操作符的手法来解决可能异常简单文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-487970.html
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