C语言基础(7)之操作符(1)(详解)

时间:2024-10-04 16:12:43

目录

1. 各种操作符介绍

1.1 操作符汇总表

2. 移位操作符

2.1 移位操作符知识拓展 —— 原码、反码、补码

2.2 移位操作符讲解

2.2.1 右移操作符 ( >> )

2.2.2 左移操作符 ( 

3. 位操作符

3.1 & (按位与)

3.2 | (按位或)

3.3 ^ (按位异或)

3.4 按位异或的小技巧和测试题

4. 赋值操作符

5. 单目操作符

5.1 ! (逻辑反操作)

5.2 - (负值) 和 + (正值)

5.3 & (取地址操作符) 和 * (间接访问操作符)

5.4 sizeof 操作符

5.5 ~ (按位取反)

5.6 -- 和 ++

5.7 (类型)


        老铁们好呀,又到了讲C语言新知识的环节了,在前两篇文章中我们用C语言的基础知识给大家写了两个常见的游戏:三子棋小游戏和扫雷小游戏,不知道有没有激起大家对C语言的乐趣呢?那么今天我就给大家C语言中的操作符。
        如果大家没有实现过这两个小游戏,那下面给大家附上链接啦。
                三子棋游戏链接:C语言之三子棋游戏(附完整源码)
                扫雷游戏链接:C语言之扫雷游戏(附完整代码)

1. 各种操作符介绍

        在前面的文章中给大家简单的介绍过几种操作符,那么今天就用 代码+讲解 的形式给大家详细的介绍一下各种操作符,首先是给大家一个操作符的汇总表:

1.1 操作符汇总表

(1) 算术操作符: +    -    *    /    %(取模操作符(取余),只适用于整数运算)
注:除法有:整数除法(如:9/2)、 浮点数除法(需要保证除数和被除数中至少有一个数是浮点数,如9.0/4)。

      

(2) 移位操作符(移动的是二进制位): >>(右移)           <<(左移)

        

(3) 位操作符(操作的是二进制位):  &    ^    |

        

(4) 赋值操作符: =     +=     -=     *=     /=     &=    ^=    |=      >>=     <<=

        

(5) 单目操作符:!                   逻辑反操作
                           -                   负值
                          +                   正值
                          &                   取地址
                        sizeof              操作数的类型长度(以字节为单位)
                          ~                   对一个数的二进制按位取反
                           --                  前置、后置--
                         ++                  前置、后置++
                           *                   间接访问操作符(解引用操作符)
                       (类型)               强制类型转换
注:2+3,+则为双目操作符,即有两个操作数,  单目操作符:只有一个操作数

        

(6) 关系操作符:   >
                              >=
                              <
                              <=
                              !=              用于测试“不相等”
                              ==             用于测试“相等”

        

(7) 逻辑操作符:   &&             逻辑与
                               ||               逻辑或 

        

(8) 条件操作符(三目操作符):exp1   ?   exp2  :  exp3
                                                 真           执行     不执行
                                                 假          不执行    执行         

               

(9) 逗号表达式:exp1, exp2, exp3, …expN

        

(10) 下标引用、函数调用和结构成员: [](下标引用操作符)   ()(函数调用操作符)   .    ->

        在之前的文章中我们讲解了 算术操作符 和 逻辑操作符,那么今天我就将其余的操作符给大家重点讲解一下吧。由于操作符的类型较多,小编将以两篇文章的形式为大家讲解完这些操作符。

2. 移位操作符

        因为移位操作符涉及二进制位的相关知识,下面就先给大家讲解一下移位操作符的知识拓展吧!

2.1 移位操作符知识拓展 —— 原码、反码、补码

        在计算机内存中对数据的存储不是直接存储的,而是将数据转化为二进制后再存储的。下面我就带大家了解一下整数的二进制

        整数的二进制表现形式有三种:原码、反码、补码。而这三种表现形式有如下几个特点需要牢记:

                1. 正整数的原码、反码、补码是相同的;负整数的原码、反码、补码是要计算的

                2. 不管是正整数还是负整数都可以写出二进制原码,根据正负直接写出的二进制序列就是原码。

                3. 一个整型是4个字节 = 32 bit位;最高位是符号位,符号位是1表示负数,符号位是0表示正数。举例如下:

int a = 15;

那么a的原码就是:

0 000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111
 

int b = -15;

那么b的原码就是:
1 000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111

                4. 整数在内存中存储的是补码而并不是原码,计算的时候也是使用补码计算的。

                5. 由于正整数的原码、反码、补码是相同的,而负整数的原码、反码、补码是要计算得知的,那下面我就为大家讲解如何通过负整数的原码 求得 反码和补码。

同样以负整数 -15 为例
int b = -15;   最高位是符号位,而负整数的符号位为1
故原码为:
1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 - 原码


反码的计算 —— 原码的符号位不变,其他位 按位取反 (按位取反通俗点讲就是 该位为0则变成1,该位为1则变成0),故 -15 的反码为:
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000 - 反码


补码的计算 —— 将反码加一就是补码
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0001 - 补码

2.2 移位操作符讲解

        移位操作符有两种:>>(右移), << (左移)。

        需要注意的是:移位操作符的操作数只能是整数,同时移位移动的是补码的二进制序列(而非原码),因此在移动后需要通过补码来反向计算出原码,从而得出整数数值为多少。

2.2.1 右移操作符 ( >> )

右移操作符移位的规则有两种:算术右移逻辑右移

        1. 算术右移 —— 右边丢弃,左边补原来的符号位。
        2. 逻辑右移 —— 右边丢弃,左边直接补0。

        在C语言中并没有明确规定到底是算术右移还是逻辑右移,一般编译器上采用的是 算术右移。
        我将在VS编译器上为大家测试 VS上采用的是算术右移 还是 逻辑右移?

同样以 -15 为例,上面计算出了 -15的补码为:
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0001 - 补码


(1)假设为 算术右移:
那么右移1位后的补码为:
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000  -  补码


那其反码为:(补码减1即为反码)
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0111  -  反码


而其原码为:(对反码进行按位取反则为原码,注意符号位不变)
1000 0000 0000 0000 0000 000 0000 1000  -  原码
则如果是算术右移,那么 -15 在右移1位后的结果为 -8


(2)假设为 逻辑右移:
那么右移1位后的补码为:
0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000  -  补码


那其反码为:(补码减1即为反码)
0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0111  -  反码


而其原码为:(对反码进行按位取反则为原码,注意符号位不变)
0000 0000 0000 0000 0000 000 0000 1000  -  原码
则如果是逻辑右移,那么 -15 在右移1位后的结果为 8

        显然VS编译器上采用的是算术右移,当然大家感兴趣的话可以自己手动计算 15 右移1位后的结果是多少呀!

        这里告诉大家一个右移计算的小技巧:在正整数中,右移k位相当于除以2的k次方(向下取整),左移k位相当于乘以2的k次方。

2.2.2 左移操作符 ( << )

左移操作符的移位规则只有一种:左边丢弃,右边补0。

这里以正整数 6 为例:


6 的补码为:
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110 —— 补码


左移之后,6 的补码为:
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1100 —— 补码


而由于6是正整数,正整数的原码与补码相同,故原码为:
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1100 —— 原码


所以 6 在左移1位后的结果位:12

        这里需要注意的是:对于移位运算符,不要移动负数位,这个是标准未定义的(warning C4293: “>>”: Shift 计数为负或过大,其行为未定义)。

3. 位操作符

位操作符有三种:& (按位与)           | (按位或)            ^ (按位异或)

        位操作符有如下几点需要牢记:

                1. 位操作符操作的也是二进制位,并且也是对补码进行操作。

                2. 位操作符的 操作数必须是整数。

3.1 & (按位与)

        那何为 按位与 呢?简单来说,按位 则是对每一位二进制位进行操作,与 则有并且的意思。因此按位与的操作规则为:对应二进制位有0则为0,两个同时为1才为1。

以正整数 a = 3,负整数 b = -5 为例。


a = 3 的补码为:
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 —— 补码
b = -5 的原码和补码如下:
1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101 —— 原码
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1011 —— 补码


将 a和b进行按位与:int c = a & b;
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011
1111  1111  1111 1111  1111  1111  1111  1011
& -- 对应二进制位有0则为0,两个同时位1才为1
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 —— 按位与后的补码


因此按位与后的原码为,即c的原码为:
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011
故c 为 3,即 a & b = 3

3.2 | (按位或)

        按位或:也是对每一位二进制位进行操作,而 或 即有 或者 的意思。故按位或的操作规则为:对应二进制位有1则为1,两个同时为0才为0。

同样以正整数 a = 3,负整数 b = -5 为例。


a = 3 的补码为:
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 —— 补码
b = -5 的补码如下:
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1011 —— 补码


将 a和b进行按位或:int c = a | b;
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011
1111  1111  1111 1111  1111  1111  1111  1011
| —— 对应二进制位有1则为1,两个同时为0才为0
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1011 —— 按位或后的补码


因此 按位或 后的原码为,即c的原码为:
1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101
故c 为 -5,即 a | b = -5

3.3 ^ (按位异或)

        按位异或的操作规则为:对应的二进制位相同为0,相异为1。

以正整数 a = 3,负整数 b = -5 为例。


a = 3 的补码为:
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 —— 补码
b = -5 的补码如下:
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1011 —— 补码


将 a和b进行 按位异或:int c = a ^ b;
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011
1111  1111  1111 1111  1111  1111  1111  1011
^ —— 对应的二进制位相同为0,相异为1
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 —— 按位异或后的补码


因此 按位异或 后的原码为,即c的原码为:
1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000
故c 为 -8,即 a ^ b = -8

3.4 按位异或的小技巧和测试题

        下面为大家讲解一下按位异或的几个小技巧:

                1. 异或是支持交换律的,异或是没有先后顺序的。 即:a ^ b ^ c = a ^ c ^ b = c ^ b ^ a

                2. 对于一个整数a,a ^ a = 0;    a ^ 0 = a

        对于以上两个小技巧,我们就可以做一个测试题:不能创建临时变量(第三个变量),实现两个整数的交换。(代码如下)

#include<stdio.h>

int main()
{
	int a = 3;
	int b = 5;
	printf("交换前:a = %d b = %d\n", a, b);

	a = a ^ b;
	b = a ^ b; 
	a = a ^ b;   

	printf("交换后:a = %d b = %d\n", a, b);

	return 0;
}

那为什么这样就能实现交换呢?


最重要的肯定就是下面这三步了:
(1)   a = a ^ b;
(2)   b = a ^ b; 
(3)   a = a ^ b;


由于先有(1),那么(2)实际为: b = a ^ b = (a ^ b) ^ b = a ^ b ^ b = a;  即将a赋值给了b


则(3) 实际为:a = a ^ b = (a ^ b) ^ a = a ^ b ^ a = a ^ a ^ b = b;  即将b赋值给了a


从而实现了整数 a 和 b的交换。

4. 赋值操作符

        赋值操作符比较好理解,其实就是将 赋值符 和 等号(=) 结合起来,其目的可能是为了让代码看起来更简洁。

        赋值操作符主要有这几种:+=        -=       *=       /=      %=       >>=       <<=       &=       |=       ^=

以 += 操作符为例:


int a = 12;
(1)  a += 1;
(2)  a = a + 1;


(1) 和 (2) 的结果是一样的,最后结果都为 13,但 (1) 的代码看起来的更简洁。

        其余 赋值操作符 也是一样的效果,感兴趣的小伙伴们可以自己尝试一下呀!

5. 单目操作符

        单目操作符,简单来说,就是只有一个操作数。而单目有这些:!        -        +        &        sizeof        ~        --        ++        *        (类型)

5.1 ! (逻辑反操作)

        举个例子:如果 flag 的值为真,则 !flag 则表示为假。因此 ! 操作符多用于判断语句 和 循环语句中。

5.2 - (负值) 和 + (正值)

        正值 和 负值和我们平常在数学上的理解是一样的,这里就不再赘述了。

5.3 & (取地址操作符) 和 * (间接访问操作符)

        & (取地址操作符) 和 * (间接访问操作符) 多用于指针

对于 & 操作符


假设此时有整数:int a = 18;
我们如果想取出数据 a 的地址,并将该地址赋值给指针pa,此时就需要用到 & 。如下:
int* pa = &a;


而如果此时想要对 a 的数据进行修改,有以下两种方式:
(1)  a = 20;
(2)  *pa = 20;


对于(2),因为pa已经存放了a的地址,所以通过pa中存放的地址,找到指向的空间(内容)并进行修改。
因此 * 又称为 解引用操作符。

5.4 sizeof 操作符

        sizeof 操作符的作用是:求出操作数的类型长度,并以字节为单位。举例如下:

由于变量a是整型类型,因此 sizeof(a) 自然也为4。

而最后一句代码:printf("%zd\n", sizeof a);  说明sizeof只是一个操作符,而并不是函数。因为如果为函数,则必须为 sizeof(a) 而不能是 sizeof a

5.5 ~ (按位取反)

        在上述讲解移位操作符时,给大家讲解了一下什么是按位取反。如果大家不了解可以往上看哦!而 ~ 操作符的规则就是:对这个操作数的二进制位进行按位取反。

但这里有一点不同的是:~是将该操作数的所有二进制位进行按位取反,包括符号位!!!

以int a = 0 为例:
a 的补码为:
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 


对a 进行 按位取反: int b = ~a
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 —— b的补码


故b的原码为:
1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001
因此 b = -1

5.6 -- 和 ++

        -- 和 ++ 就是将数据进行 减1 和 加1 的操作。而++ 和 -- 又分为 前置、后置++ 和 前置、后置--

        因为两种操作符功能类似,这里我们以 ++操作符 为例进行讲解:

前置++:即操作符在前,操作数在后。
后置++:即操作数在前,操作符在后。
操作符位置的不同,所带来的效果也不一样。


(1) 对于前置++:
int a = 3;
int b = ++a;
那么a 的结果为4,b的结果也为4。这是因为对于前置++来讲,++操作符会先将 a 进行 加1 操作,然后再将 加1后的a 赋值给b。


(2) 对于后置++:
int a = 3;
int b = a++;
那么a 的结果为4,b的结果为3。这是因为对于后置++来讲,++操作符会先将 a 的值赋值给b,再对自身进行 加1 操作。

5.7 (类型)

        (类型) 是指 强制类型转换。那很多小伙伴好奇这有什么用呢?假设我们要在不同的数据类型之间进行赋值 或 比较等操作,如果直接进行赋值,则编译器会报警告。(例如直接将浮点型的数据 赋值 给整型的数据)

        因此此时要将浮点型的变量a 强制类型转换为 整型,这样编译器才不会发出警告。

        今天就先分享到这里啦,剩下的 操作符 我将会在下一篇文章为大家一一进行讲解哦!!我们下一篇文章再见啦!