C 語言 --- 操作符 2

移位操作符
- 定義
- 原碼補碼和反碼
- 左移（<<）
- 右移（>>）
- - 算術右移
  - 邏輯右移
按位與、按位或、和按位異或
- 按位與
- 按位或
- 按位異或
邏輯反操作
負值操作
按位取反
邏輯與
邏輯或
三目操作符
逗號表達式
逗號表達式
總結

💻作者簡介：曾與你一樣迷茫，現以經驗助你入門 C 語言
💡個人主頁：@笑口常開xpr 的個人主頁
📚系列專欄：C 啟新程
?代碼趣語：最開始的 90% 代碼占用了開始的 90% 的開發時間；剩下 10% 代碼同樣需要 90% 的開發時間。
💪代碼千行，始于堅持，每日敲碼，進階編程之路。
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???????在編程的世界里，每一行代碼都可能隱藏著無限的可能性。你是否想過，一個小小的程序究竟能改變什么？它可以是解決復雜問題的工具，也可以是實現夢想的橋梁。今天，就讓我們一起走進 C 語言操作符的世界，探索它的無限潛力。

移位操作符

定義

???????在 C 語言里，移位操作符用于對二進制位進行移動操作，主要有左移（<<）和右移（>>）兩種。

原碼補碼和反碼

在計算機中，原碼、反碼和補碼是用于表示有符號整數的三種編碼方式

原碼

?????????原碼是一種最簡單的機器數表示法。最高位作為符號位，0 表示正數，1 表示負數，其余位表示數值的絕對值。
例如，在 8 位二進制表示中：
+5 的原碼是 0000 0101。
-5 的原碼是 1000 0101。

反碼

?????????正數的反碼和原碼相同；負數的反碼是在原碼的基礎上，符號位不變，其余位按位取反。
例如，在 8 位二進制表示中：
+5 的原碼是 0000 0101，反碼同樣是 0000 0101。
-5 的原碼是 1000 0101，反碼則是 1111 1010。

補碼

正數的補碼和原碼相同；負數的補碼是在反碼的基礎上加 1。
例如，在 8 位二進制表示中：
+5 的原碼是 0000 0101，補碼同樣是 0000 0101。
-5 的原碼是 1000 0101，反碼是 1111 1010，補碼是 1111 1011。

使用補碼的原因

?????????內存中存儲補碼的二進制。使用補碼能夠簡化計算機的運算，因為可以把減法運算轉化為加法運算，進而減少計算機硬件的復雜度。

總結

正數：

原碼反碼和補碼都是它本身。

負數：

補碼 —> 反碼的兩種方式：

反碼和補碼都是符號位不變，也就是第 1 位不變。

左移（<<）

???????將操作數的 二進制位 向左移動指定的位數，右邊空出的位用 0 填充。

下面展示代碼示例。

#include <stdio.h>
int main() 
{int num1 = 5; //整型是4個字節,所以是32個比特位//00000000000000000000000000000101 --- 5的原碼//00000000000000000000000000000101 --- 5的反碼//00000000000000000000000000000101 --- 5的補碼int result1 = num1 << 1; //左移1位,結果為10//00000000000000000000000000001010 --- 左邊去掉1個0,右邊補1個0int num2 = -5;//10000000000000000000000000000101 --- -5的原碼//11111111111111111111111111111010 --- -5的反碼//11111111111111111111111111111011 --- -5的補碼int result2 = num2 << 1;//左移1位,結果為-10//11111111111111111111111111110110 --- 左邊去掉1個1,右邊補1個0//10000000000000000000000000001001 --- 取反//10000000000000000000000000001010 --- +1,結果為-10int num3 = -5;//10000000000000000000000000000101 --- -5的原碼//11111111111111111111111111111010 --- -5的反碼//11111111111111111111111111111011 --- -5的補碼int result3 = num3 << 2;//左移2位,結果為-20//11111111111111111111111111101100 --- 左邊去掉2個1,右邊補2個0//10000000000000000000000000010011 --- 取反//10000000000000000000000000010100 --- +1,結果為-20printf(" 5左移1位是:%3d\n", result1);printf("-5左移1位是:%3d\n", result2);printf("-5左移2位是:%3d\n", result3);return 0;
}

運行結果是：

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總結：

?????????左移 n 位相當于乘以 2 的 n 次方。
?????????將操作數的二進制位向左移動指定的位數，如果是正數，左邊去掉幾個 0，如果是負數，左邊去掉幾個 1，右邊空出的位用 0 填充。

右移（>>）

?????????把操作數的二進制位向右移動指定的位數。右移分為邏輯右移和算術右移：
邏輯右移：左邊空出的位用 0 填充。
算術右移：左邊空出的位用原符號位填充。

?????????對于 有符號整數 的右移操作采用的是 算術右移。無符號整數 的右移操作采用的是 邏輯右移。

算術右移

有符號數右移許多次后，正數變為 0，負數成 -1。
只有 -1 的補碼全是 1。

下面展示代碼示例。

#include<stdio.h>
int main()
{int a = -1;//只有-1的補碼全是1;//10000000000000000000000000000001 - 原碼//11111111111111111111111111111110 - 反碼//11111111111111111111111111111111 - 補碼int b = a >> 1;//11111111111111111111111111111111 - 補碼//10000000000000000000000000000000 - //10000000000000000000000000000001 - 原碼int c = 1;//00000000000000000000000000000001 - 原碼int d = c >> 1;//00000000000000000000000000000000 - 補碼printf("%d\n", b);printf("%d\n", d);return 0;
}

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邏輯右移

?????????在邏輯右移中，將二進制數整體向右移動指定的位數，右邊移出的位直接舍棄，而左邊空出的位用 0 來填充。

特點

數值縮小：每右移一位，相當于該無符號數除以 2 并向下取整。不斷右移，數值會逐漸變小，最終變為 0。
不改變符號性質：由于無符號數本身就不存在正負之分，右移操作不會改變其無符號的性質。

下面展示代碼示例。

#include<stdio.h>
int main()
{unsigned int num = 100;//00000000000000000000000001100010//32+64int right = num >> 4;//00000000000000000000000000000110 --- 6printf("%u\n", right);return 0;
}

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注意事項

操作數類型

?????????邏輯右移主要用于無符號整數。如果操作數是有符號整數，右移操作可能是算術右移（高位補符號位），具體取決于編譯器和平臺。

右移位數

???????右移的位數不能超過操作數的位數，否則結果是未定義的。例如，對于 32 位無符號整數，右移位數應在 0 到 31 之間。

按位與、按位或、和按位異或

按位與

定義

在 C 語言里，按位與是一種基本的位操作，使用 & 運算符來實現。

原理

?????????按位與操作會對兩個操作數的對應二進制位進行逐位比較，當且僅當兩個對應位都為 1 時，結果的該位才為 1，否則為 0。

口訣

同為 1 則 1，否則為 0

解釋

?????????在按位與操作里，對兩個操作數的每一對對應的二進制位進行比較。只有當這兩個對應的二進制位都為 1 時，結果的對應位才會是 1；只要有一個位是 0，結果的對應位就為 0。

真值表：

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下面展示代碼示例。

#include<stdio.h>
int main()
{int a = 3;//00000000000000000000000000000011 --- 補碼int b = -5;//10000000000000000000000000000101 --- 原碼//11111111111111111111111111111010 --- 反碼//11111111111111111111111111111011 --- 補碼int c = a & b;//a和b的補碼//00000000000000000000000000000011 --- a的補碼//11111111111111111111111111111011 --- b的補碼//00000000000000000000000000000011 --- a & bprintf("%d\n", c);return 0;
}

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注意

?????????在進行按位與運算完之后，如果最高位為 1，則需要將補碼轉化為原碼。如果最高位為 0，則不需要轉化為原碼，直接化成十進制即可。

按位或

定義

在 C 語言中，按位或是一種基本的位操作，使用 | 運算符實現。

原理

?????????按位或操作會對兩個操作數的對應二進制位進行逐位比較，只要兩個對應位中有一個為 1 ，結果的該位就為 1；只有當兩個對應位都為 0 時，結果的該位才為 0。

口訣

有 1 則 1，全 0 為 0

口訣解釋

?????????按位或操作是對兩個操作數的每一對對應的二進制位進行比較。在比較過程中，只要這兩個對應的二進制位中有一個是 1，那么結果的對應位就為 1；只有當這兩個對應的二進制位都為 0 時，結果的對應位才為 0。

真值表：

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下面展示代碼示例。

#include<stdio.h>
int main()
{int a = 3;//00000000000000000000000000000011int b = -5;//10000000000000000000000000000101 --- b的原碼//11111111111111111111111111111010 --- b的反碼//11111111111111111111111111111011 --- b的補碼int c = a | b;//00000000000000000000000000000011 --- a的反碼//11111111111111111111111111111011 --- b的補碼//11111111111111111111111111111011 --- a|b//10000000000000000000000000000100 --- 反碼//10000000000000000000000000000101 --- 原碼 --- -5printf("%d\n", c);return 0;
}

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按位異或

定義

在 C 語言里，按位異或是一種常用的位操作，借助 ^ 運算符來實現。

原理

?????????按位異或操作會對兩個操作數的對應二進制位進行逐位比較，當兩個對應位不同時，結果的該位為 1；當兩個對應位相同時，結果的該位為 0。

口訣

相同為 0，不同為 1

口訣解釋

?????????在按位異或操作中，會對兩個操作數對應的每一對二進制位進行比較。當這兩個對應的二進制位數值一樣時，結果的對應位就為 0；當這兩個對應的二進制位數值不一樣時，結果的對應位則為 1。

真值表：

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下面展示代碼示例。

#include<stdio.h>
int main()
{int a = 3;//00000000000000000000000000000011 --- a的補碼int b = -5;//10000000000000000000000000000101 --- b的原碼//11111111111111111111111111111010 --- b的反碼//11111111111111111111111111111011 --- b的補碼int c = a ^ b;//00000000000000000000000000000011 --- a的補碼//11111111111111111111111111111011 --- b的補碼//11111111111111111111111111111000 --- a ^ b//10000000000000000000000000000111 --- 反碼//10000000000000000000000000001000 --- 原碼 --- -8printf("%d\n", c);return 0;
}

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使用按位異或交換兩個數的值，不使用臨時變量

下面展示代碼示例。

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 10;int b = 20;scanf("%d %d", &a, &b);a = a ^ b;b = a ^ b;a = a ^ b;printf("%d %d\n", a, b);return 0;
}

邏輯反操作

定義

?????????在 C 語言里，邏輯反操作也被叫做邏輯非操作，使用邏輯非運算符 ! 來實現。

原理

?????????邏輯反操作是一種單目操作符，它作用于一個布爾值（在 C 語言里，非零值表示真，零值表示假），把真變為假，把假變為真。具體規則如下：
若操作數為非零值（即真），邏輯反操作的結果為 0（即假）。
若操作數為 0（即假），邏輯反操作的結果為 1（即真）。

下面展示代碼示例。

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

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負值操作

減法運算符

?????????“-” 操作符可用于兩個數值間的減法運算。它能處理整數、浮點數等不同類型的數據。

下面展示代碼示例。

#include <stdio.h>int main() 
{int a = 10;int b = 5;int result = a - b;printf("%d\n", result);return 0;
}

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負號運算符

“-” 操作符還能作為負號運算符，用來改變一個數值的正負性。

下面展示代碼示例。

#include<stdio.h>
int main()
{int a = 10;printf("%d\n", a);printf("%d\n", -a);
}

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復合賦值運算符

?????????“-” 可以和 “=” 結合形成復合賦值運算符 “ -= ”，其作用是從變量里減去一個值，再把結果賦給該變量。

下面展示代碼示例。

#include <stdio.h>int main() 
{int num = 10;num -= 3; // 等價于num = num - 3;printf("%d\n", num);return 0;
}

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按位取反

定義

?????????在 C 語言里，按位取反操作符是 ~，它屬于單目操作符，也就是只需一個操作數。該操作符會對操作數的每一位（包含符號位）。進行取反操作，即把 0 變為 1，把 1 變為 0。

下面展示代碼示例。

#include<stdio.h>
int main()
{int a = 10;//00000000000000000000000000001010 --- a的補碼//11111111111111111111111111110101 --- 按位取反//10000000000000000000000000001010 --- 取反//10000000000000000000000000001011 --- 原碼 --- -11printf("%d\n", ~a);return 0;
}

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邏輯與

定義

?????????在 C 語言中，邏輯與操作是一種布爾運算，屬于二元運算符，也就是需要兩個操作數。使用 && 運算符來實現。

原理

?????????邏輯與操作用于對兩個布爾表達式進行運算，只有當兩個表達式的值都為真（在 C 語言里，非零值表示真，零值表示假）時，整個邏輯與表達式的結果才為真；只要有一個表達式的值為假，結果就為假。

真值表

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下面展示代碼示例。

#include<stdio.h>
int main()
{int a = 0;int b = 5;if (a && b){printf("hehe\n");}return 0;
}

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結果解釋

?????????這段代碼中，因變量 a 為 0、b 為 5，二者按位與（&）結果在邏輯判斷中為假，致使 if 條件不成立，其語句塊代碼不執行，程序無輸出。

短路特性

?????????邏輯與運算符具有短路特性。也就是說，當計算表達式 1 && 表達式 2 時，如果表達式 1 的值為假，那么就不會再計算表達式 2，因為無論表達式 2 的值是什么，整個邏輯與表達式的結果都已經確定為假。

下面展示代碼示例。

#include <stdio.h>
int main()
{int i = 0, a = 0, b = 2, c = 3, d = 4;i = a++ && ++b && d++;//左邊為假,右邊不計算printf("a = %d b = %d c = %d d = %d\n", a, b, c, d);a = 1, b = 2, c = 3, d = 4;i = ++a && ++b && d++;//一直計算到真printf("a = %d b = %d c = %d d = %d\n", a, b, c, d);return 0;
}

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邏輯或

定義

?????????在 C 語言中，邏輯或操作是一種布爾運算，屬于二元運算符，也就是需要兩個操作數。使用 || 運算符來實現。

原理

?????????邏輯或操作用于對兩個布爾表達式進行運算，只要兩個表達式中有一個的值為真（在 C 語言中，非零值代表真，零值代表假），整個邏輯或表達式的結果就為真；只有當兩個表達式的值都為假時，結果才為假。

真值表

在這里插入圖片描述

下面展示代碼示例。

#include<stdio.h>
int main()
{int a = 0;int b = 5;if (a || b){printf("hehe\n");}return 0;
}

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結果解釋

?????????這段代碼中，因變量 a 為 0、b 為 5，二者邏輯或（||）結果在邏輯判斷中為真，if 條件成立，其語句塊代碼執行，程序有輸出。

短路特性

?????????邏輯或運算符具有短路特性。也就是說，當計算表達式 1 | | 表達式 2 時，如果表達式 1 的值為真，那么就不會再計算表達式 2，因為無論表達式 2 的值是什么，整個邏輯或表達式的結果都已經確定為真。

下面展示代碼示例。

#include <stdio.h>
int main()
{int i = 0, a = 0, b = 2, c = 3, d = 4;i = a++ || ++b || d++;//表達式1為假,表達式2為真,后邊不計算printf("a = %d b = %d c = %d d = %d\n", a, b, c, d);a = 1, b = 2, c = 3, d = 4;i = ++a || ++b || d++;//左邊為真,右邊不計算printf("a = %d b = %d c = %d d = %d\n", a, b, c, d);return 0;
}

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總結

?????????在邏輯與短路特性的表達式中，表達式一直計算到真停止，如果表達式是假，則停止計算。在邏輯或短路特性的表達式中，如果表達式是假，則一直計算，到真停止，后面的表達式不計算。

三目操作符

定義

?????????在 C 語言里，三目操作符（也叫條件操作符）是一個較為獨特的運算符，它能實現簡單的條件判斷，使代碼更加簡潔。

基本語法

條件表達式 ? 表達式1 : 表達式2

條件表達式：這是一個布爾表達式，其計算結果要么為真（非零值），要么為假（零值）。
表達式 1：當條件表達式的結果為真時，三目操作符會返回該表達式的值。
表達式 2：當條件表達式的結果為假時，三目操作符會返回該表達式的值。

執行流程

首先計算條件表達式的值。
若條件表達式的值為真，整個三目操作符表達式的值就是表達式 1 的值。
若條件表達式的值為假，整個三目操作符表達式的值就是表達式 2 的值。

下面展示代碼示例。

#include<stdio.h>
int main()
{int a = 0;int b = (a > 5 ? 3 : -3);printf("%d\n", b);return 0;
}

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逗號表達式

定義

?????????在 C 語言中，逗號表達式是一種較為特殊的表達式，它允許將多個表達式組合在一起，按順序依次計算每個子表達式的值，最后整個逗號表達式的值是最后一個子表達式的值。

基本語法

表達式1, 表達式2, ..., 表達式n

?????????其中，表達式 1、表達式 2 一直到表達式 n 是任意合法的 C 語言表達式，它們之間用逗號分隔。

執行流程

?????????逗號表達式的執行順序是從左到右依次計算各個子表達式的值。也就是說，先計算表達式 1，接著計算表達式 2，以此類推，直到計算完表達式 n。整個逗號表達式最終的值就是表達式 n 的值。

下面展示代碼示例。

#include<stdio.h>
int main()
{int a = 0;int b = 2;int c = (a > b, a = b + 10, a, b = a + 1);printf("%d\n", c);return 0;
}

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逗號表達式

定義

?????????在 C 語言中，逗號表達式是一種較為特殊的表達式，它允許將多個表達式組合在一起，按順序依次計算每個子表達式的值，最后整個逗號表達式的值是最后一個子表達式的值。

基本語法

表達式1, 表達式2, ..., 表達式n

?????????其中，表達式 1、表達式 2 一直到表達式 n 是任意合法的 C 語言表達式，它們之間用逗號分隔。

執行流程

?????????逗號表達式的執行順序是從左到右依次計算各個子表達式的值。也就是說，先計算表達式 1，接著計算表達式 2，以此類推，直到計算完表達式 n。整個逗號表達式最終的值就是表達式 n 的值。

下面展示代碼示例。

#include<stdio.h>
int main()
{int a = 0;int b = 2;int c = (a > b, a = b + 10, a, b = a + 1);printf("%d\n", c);return 0;
}

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總結

???????至此，關于 C 語言的操作符探索暫告一段落，但你的編程征程才剛剛啟航。寫代碼是與機器深度對話，過程中雖會在語法、算法困境里掙扎，但這些磨礪加深了對代碼的理解。愿你合上電腦后，靈感不斷，在 C 語言的世界里持續深耕，書寫屬于自己的編程傳奇，下一次開啟，定有全新的精彩等待。小編期待重逢，盼下次閱讀見你們更大進步，共赴代碼之約！