C语言进阶剖析 16 位运算符分析

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位运算符分析

  • C 语言中的位运算符
        ○ 位运算符直接对 bit 位进行操作,其效率最高!
    在这里插入图片描述
  • 左移和右移注意点
        ○ 左操作数必须为整数类型
            ■ char 和 short 被隐式转换为 int 后进行移位操作
        ○ 右操作数的范围为:[0, 31] (标准C语言规范,否则将得到不确定的结果,具体由编译器厂商决定)
        ○ 左移运算符 <<将运算数的二进制左移
            ■ 规则: 高位丢弃,低位补 0
        ○ 右移运算符 >> 将运算数的二进制右移
            ■ 规则: 高位补符号位,低位丢弃

0x1 >> 2 + 3 的值会是什么? 原作者的本意究竟想表达什么??

实例分析: 位运算符初探

#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("%d\n", 3 << 2);
    printf("%d\n", 3 >> 1);
    printf("%d\n", -1 >> 1);
    printf("%d\n", 0x01 << 2 + 3);
    
    return 0;
}
输出:
12
1
-1
32

分析:
    ■ 3 << 2 ==> 11 << 2 ==> 1100 ==> 12
    ■ - 3 >> 1 ==> 11 >> 1 ==> 01 ==> 1
    ■ -1 >> 1 ==> 1111 1111 >> 1==> 1111 1111 >> -1
    ■ 0x01 << 2 + 3 ==> 0x01 << (2 + 3) << 0x01 << 5 ==> 32


小贴士

  • 防错准则:
        ○ 避免位运算符,逻辑运算符和数学运算符同时出现在一个表达式中
        ○ 当位运算符,逻辑运算符和数学运算符需要同时参与运算时,尽量使用括号 () 来表达计算次序

小技巧:

  • 左移 n 位相当于乘以 2 的 n 次方,但效率比数学运算符高
  • 右移 n 位相当于处以 2 的 n 次方,但效率比数学运算符高

编程实验: 交换两个整形变量的值

#include <stdio.h>

#define SWAP1(a, b)   \
{                     \
    int t = a;        \
    a = b;            \
    b = t;            \
}

#define SWAP2(a, b)   \
{                     \
    a = a + b;        \
    b = a - b;        \
    a = a - b;        \
}

#define SWAP3(a, b)   \
{                     \
    a = a ^ b;        \
    b = a ^ b;        \
    a = a ^ b;        \
}

int main()
{
    int a = 1;
    int b = 2;
    
    printf("a = %d\n", a);
    printf("b = %d\n", b);
    
    SWAP3(a, b);
    
    printf("a = %d\n", a);
    printf("b = %d\n", b);

    return 0;
}
输出:
a = 1
b = 2
a = 2
b = 1  

分析:
SWAP1 基础用法
SWAP2 基础用法,弊端,a + b 可能发生数据溢出,不安全
SWAP3 a = a ^ b; b = a ^ b; ==> b = a ^ b ^ b ==> a ^ (b ^ b) ==> a ^ 0 ==> a
a = a ^ b; ==> a ^ b ^ b ==> a ^ b’ ^ a == > b’

位运算与逻辑运算

  • 位运算与逻辑运算不同:
        ○ 位运算没有短路规则,每个操作数都参与运算
        ○ 位运算的结果为整数,而不是 0 或 1
        ○ 位运算优先级高于逻辑运算优先级

实例分析:混淆的判断条件

#include <stdio.h>

void func_1()
{
    int i = 0;
    int j = 0;
    int k = 0;
    
    if( ++i | ++j & ++k)
    {
        printf("func_1() : Runc here...\n i = %d; j = %d; k = %d..\n",i,j,k);
    }
}

void func_2()
{
    int i = 0;
    int j = 0;
    int k = 0;
    
    if( ++i || ++j && ++k)
    {
        printf("func_2() : Runc here...\n i = %d; j = %d; k = %d..\n",i,j,k);
    }
}

int main()
{
    func_1();
    func_2();
}
输出:
func_1() : Runc here...                                                                                                                                                                     
 i = 1; j = 1; k = 1..                                                                                                                                                                      
func_2() : Runc here...                                                                                                                                                                     
 i = 1; j = 0; k = 0..   

分析:
func_1(); func_2(); 运行表现一致,但本质发生了不同操作,留下隐患。



小结

  • 位运算符只能用于整数类型
  • 左移和右移运算符的右操作数范围必须为**[0, 31]**
  • 位运算符没有短路规则,所有操作数均会求值
  • 位运算的效率高于四则运算和逻辑运算
  • 运算优先级: 四则运算 > 位运算 > 逻辑运算

内容参考狄泰软件学院系列课程,如有侵权,请联系作者删除!感谢~