C语言位与移位操作符详解
C语言位与移位操作符详解
位与移位操作符是C语言编程中的重要概念，掌握这些操作符的使用方法对于编写高效、优化的代码至关重要。本文将从二进制基础知识开始，逐步深入讲解原码、反码、补码的概念，以及移位操作符和位操作符的具体使用方法。
1. 二进制和进制转换
在计算机科学中，我们经常需要处理不同进制的数值。2进制、8进制、10进制、16进制是数值的不同表示形式而已。
例如，数值15的各种进制表示形式如下：
- 二进制：1111
- 八进制：17
- 十进制：15
- 十六进制：F
① 十进制：生活中最常用
- 逢十进一
- 数字每一位由0~9中的数字组成
② 二进制：计算机中使用的，每个数字称为一个比特
- 逢二进一
- 数字每一位由0~1中的数字组成
③ 八进制、十六进制也如上
④ 二进制转十进制
各种进制的每一位都有相对应的权重。例如，十进制中123为什么是这个值呢？
十进制的位：1 2 3
权重：
求值：1 * 100 + 2 * 10 + 3 * 1 = 123
10^{2}
我们可以看到十进制从右往左个、十、百...位权重依次是
10^{0}
、
10^{1}
、
10^{2}
...
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}
...
例如：
二进制的位：1 1 0
权重：
求值：1 * 4 + 1 * 2 + 0 * 1 = 6
⑥ 二进制转八进制
8进制的数字每一位是 07 的，07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。
例如：
⑦ 二进制转十六进制
16进制的数字每一位是 09,a ~f 的，09,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。
例如：2进制的01101011，换成16进制： 0x6b ，16进制表示的时候前面加0x
2. 原码、反码、补码
- 整数的二进制表示方法有三种：原码、反码、补码
- 有符号整数三种表示方式均有 符号位与 数值位两部分，在二进制序列中 最高的一位是符号位，其余的是数值位；
- 符号位的0表示“ 正”，1表示“ 负”；
- 原码：直接将数据翻译成二进制的形式就可以
- 例：10 翻译成二进制就是 1010 再根据数据开辟的内存空间补充0或1就可（正数符号位 即第一位补0负数符号位补1，其余都补0）
- int 10就是开辟了4个字节有32个比特位即00000000 00000000 00000000 00001010为 二进制表示
- int -10的二进制原码即为10000000 00000000 00000000 00001010
- 反码：将原码的符号位不变其余按位取反
- 例：int -10反码：11111111 111111111 11111111 11110101
- 补码：反码+1即可
- 例：int -10补码：11111111 11111111 11111111 11110110
- 注意：
- 正数的原码、反码、补码相同
- 对于整型来说：数据在内存中存放的是补码
- 存放补码的原因在于:
- 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.
3. 移位操作符（对于数值的二进制操作）
- << 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 。
① 左移操作符<<
规则：左边抛弃，右边补零
② 右移操作符>>
规则：
首先右移运算分两种：
- 逻辑 右移：左边用0填充，右边丢弃
- 算术 右移：左边用原该值的符号位填充，右边丢弃
注： 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
4. 位操作符：&、|、^、~
- & //按位与 将两操作数二进制每一位对比同时为1时结果为1，否则为0
- | //按位或 同时为0时为0，其余为1
- ^ //按位异或 相同为0，否则为1
- ~ //按位取反 同反码的运算
注：它们的操作数必须是整数，负数用二进制的补码进行运算
例如：
#include <stdio.h>
int main()
{
int num1 = -3;
int num2 = 5;
printf("按位与&：%d\n", num1 & num2);
printf("按位或|：%d\n", num1 | num2);
printf("按位异或^：%d\n", num1 ^ num2);
printf("按位取反~：%d\n", ~0);
return 0;
}
结果如下：
① 按位与&
-3取其补码
按位与同数学中的逻辑运算与，同真才为真（两个都是1才为1），其余为假（0）；
② 按位或|
按位或类似于数学中逻辑与算符或：
只要有一个真则为真其余为假（只要有一个1则为1，其余为0）
③ 按位异或^
相异为真（01则为1，其余为0）
④ 按位取反~
取相反值就行
5. 结语
位与移位操作符是C语言学习中的一个难点，其关键在于对于二进制的了解与使用，熟悉各种操作符的使用规则，以上就是今天学习的内容啦~