操作符详解（下篇）

💬 欢迎讨论：在学习过程中，如果有任何疑问或想法，欢迎在评论区留言一起讨论。

👍 点赞、收藏与分享：觉得这篇文章对你有帮助吗？记得点赞、收藏并分享给更多的朋友吧！你们的支持是我不断进步的动力！
🚀 分享给更多人：如果你觉得这篇文章对你有帮助，欢迎分享给更多对 C++ 感兴趣的朋友，一起学习进步！

前言

接上篇：

【C语言篇】符号间的对话：从算术到逻辑的优雅编织——探寻C语言操作符的力量

在上篇文章中，我们深入探讨了C语言操作符的基础，从算术运算到逻辑判断，每一步都展示了操作符的核心作用。而在本篇中，我们将把视野扩展到更复杂的领域，如移位操作符和位操作符，它们在数据处理和内存操作中的重要性不言而喻。这些符号背后的运算机制，正是构建高效代码的关键。通过深入理解这些更高级的操作符，我们将掌握更强大的工具来提升编程能力。

---

条件操作符

条件操作符也叫三⽬操作符，需要接受三个操作数的，形式如下：

 exp1 ? exp2 : exp3

​ 如果表达式1为真，那么就计算表达式2，表达式2的结果为整个式子的 结果；
​ 如果表达式1为假，那么就计算表达式3，表达式3的结果为整个式子的结果。

例如求两个数的最大值

#include<stdio.h>
int main()
{		
   int a = 0, b = 0, c = 0;
   printf("请输入两个数：\n");
   scanf("%d %d", &a, &b);
   c = a > b ? a : b;
   printf("较大的数为：%d\n", c);
   return 0;
}

---

移位操作符

这涉及到数据在内存中的存储形式

不了解的小伙伴可以先去看这篇：
【C语言篇】数据在内存中的存储（超详细）

<<左移操作符

>>右移操作符

移位操作符的操作数只能是整数

左移操作符

移位规则：左边抛弃、右边补0

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

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 <stdio.h>
int main()
{
     int num = 10;
     int n = num>>1;
     printf("n= %d\n", n);
     printf("num= %d\n", num);
     return 0;
}

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

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。

一般更多采用算术右移

位操作符

位操作符有：

& //按位与
| //按位或
^ //按位异或
~ //按位取反

注：他们的操作数必须是整数。

• 按位与&
  • 对应的二进制位，有0则为0，两个同时为1，才为1
• 例子如下：

/int main()
//{
//	int a = 6;
//	//00000000000000000000000000000110 - 6的补码
//	//
//	int b = -7;
//	//10000000000000000000000000000111
//	//11111111111111111111111111111000
//	//11111111111111111111111111111001 -> -7的补码
//
//
//	int c = a & b;//a和b的补码的二进制位进行运算
//	//对应的二进制位，有0则为0，两个同时为1，才为1
//	// 
//	//00000000000000000000000000000110 - 6的补码
//	//11111111111111111111111111111001 -> -7的补码
//	//00000000000000000000000000000000
//	printf("%d\n", c);
//
//	return 0;
//}

• 按位或|
  • 对应的二进制位，有1则为1，两个同时为0，才为0
• 按位异或^
  • 对应的二进制位，相异为1，相同为0
• 按位取反~
  • 对应二进制位，1变为0，0变为1

不能创建临时变量（第三个变量），实现两个整数的交换。

#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;
}  

这种方法在数据较大时会发生溢出

• 使用异或操作
  • 0和任何数异或都是任何数本身
  • 异或满足交换律和结合律
  • 任何数异或自己都是0

#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;
}     

求一个整数在内存中存储二进制1的个数

• 方法一：十进制转二进制每次除二，余1则count++
• 注意传过来的参数要转为unsigned int，否则负数统计会出现错误

int count_bit_one(unsigned int n)
{
	int count = 0;
	while (n)
	{
		if ((n % 2) == 1)
			count++;

		n = n / 2;
	}
	return count;
}

• 方法二：
• 使用移位操作符
• 这里必须循环32次，还可以优化

#include <stdio.h>
int count_bit_one(int n)
{
	int i = 0;
	int count = 0;
	for (i = 0; i < 32; i++)
	{
		if (((n >> i) & 1) == 1)
		{
			count++;
		}
	}
	return count;
}

• 方法三：
• 使用&运算符
• 很巧妙，很难想到🤣

 int count_bit_one(int n)
{
	int i = 0;
	int count = 0;
	while (n)
	{
		n = n & (n - 1);//每次去掉最低位的1
		count++;
	}
	return count;
}

---

下标引用操作符

下标引用操作符为[]

操作数：⼀个数组名+⼀个索引值(下标）

int arr[10];//创建数组 
arr[9] = 10;//实⽤下标引⽤操作符。 
[ ]的两个操作数是arr和9。

---

函数调用操作符

函数调用操作符为()

接受⼀个或者多个操作数：第⼀个操作数是函数名，剩余的操作数就是传递给函数的参数。

#include <stdio.h>
void test1()
{
	printf("hehe\n");
}
void test2(const char* str)
{
	printf("%s\n", str);
}
int main()
{
	test1(); //这⾥的()就是作为函数调⽤操作符。 
	test2("hello bit.");//这⾥的()就是函数调⽤操作符。 
	return 0;
}

---

操作符的属性：优先级和结合性

C语⾔的操作符有2个重要的属性：优先级、结合性，这两个属性决定了表达式求值的计算顺序。

优先级

优先级指的是，如果⼀个表达式包含多个运算符，哪个运算符应该优先执⾏。各种运算符的优先级是不⼀样的。

3 + 4 * 5;

上⾯⽰例中，表达式 3 + 4 * 5 ⾥⾯既有加法运算符（ + ），⼜有乘法运算符（ * ）。由于乘法 的优先级⾼于加法，所以会先计算 4 * 5 ，⽽不是先计算 3 + 4 。

结合性

如果两个运算符优先级相同，优先级没办法确定先计算哪个了，这时候就看结合性了，则根据运算符 是左结合，还是右结合，决定执⾏顺序。⼤部分运算符是左结合（从左到右执⾏），少数运算符是右结合（从右到左执⾏），⽐如赋值运算符（ = ）。

5 * 6 / 2;

上⾯⽰例中， * 和 / 的优先级相同，它们都是左结合运算符，所以从左到右执⾏，先计算 5 * 6 ， 再计算 / 2 。
运算符的优先级顺序很多，下⾯是运算符的优先级顺序（按照优先级从⾼到低排列）。

参考：运算符优先顺序

不用刻意去记，用多了就熟练了

表达式求值

有了操作符的优先级和结合性，就必然涉及到表达式求值，这里简单介绍一下表达式求值的规则。

整形提升

C语⾔中整型算术运算总是⾄少以缺省（默认）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。

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)的操作数的字节⻓度⼀ 般就是int的字节⻓度，同时也是CPU的通⽤寄存器的⻓度。 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⻓ 度。 通⽤CPU（general-purposeCPU）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，表达式中各种⻓度可能⼩于int⻓度的整型值，都必须先转换为 int或unsigned int，然后才能送⼊CPU去执⾏运算。

//实例1 
char a,b,c;
...
a = b + c;

b和c的值被提升为普通整型，然后再执⾏加法运算。 加法运算完成之后，结果将被截断，然后再存储于a中。

截断：

例如这里整型运算结果要放入一个字符型变量，截断就是把最低八位bit位保留，而其他bit位舍去，再放入字符型变量中。

如何进行整形提升呢？

1. 有符号整数提升是按照变量的数据类型的符号位来提升的
2. ⽆符号整数提升，⾼位补0

//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：
11111111
因为 一般情况下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

算术转换

如果某个操作符的各个操作数属于不同的类型，那么除⾮其中⼀个操作数的转换为另⼀个操作数的类型，否则操作就⽆法进⾏。下⾯的层次体系称为寻常算术转换。

long double
double
float
unsigned long int
long int
unsigned int
int

如果某个操作数的类型在上⾯这个列表中排名靠后，那么⾸先要转换为另外⼀个操作数的类型后执⾏运算
例如int和double类型变量运算，int类型要先转换为double类型才能运算，计算出来的结果也是double类型的。

写在最后

本篇深入探讨了C语言中更高级的操作符，包括移位操作符和位操作符，它们赋予了开发者对数据操作的精细控制力。通过详细的实例分析，我们了解到左移、右移、按位与或等操作符如何帮助处理二进制数据，以及如何优化代码效率。同时，操作符的优先级和结合性也再次成为我们理解复杂表达式的关键。掌握这些高效运算，将使编程不仅是一种技术，更是一种艺术。

以上就是【C语言篇】符号的隐秘力量：位移与逻辑的深邃交响——解锁操作符的高级智慧的内容啦，各位大佬有什么问题欢迎在评论区指正，您的支持是我创作的最大动力！❤️