C语言K&R圣经笔记 2.8自增和自减 2.9位运算 2.10赋值

2.8 自增和自减操作符

C提供了两个不同寻常的操作符,用于对变量进行自增和自减。自增操作符++对操作数加上1,而自减操作符 -- 对操作数减去1。我们已经频繁使用++ 对变量进行自增,如:

if (c == '\n')
    ++nl;

不寻常之处在于 ++ 和 -- 既能用作前缀操作符(在变量之前,如++n),又能用作后缀(在变量之后,如n++)。两种情况下,效果都是n递增。不过表达式 ++n 是在它的值被使用之前 对n进行递增,而 n++是在它的值被使用之后对n进行递增。这意味着如果不仅要用到递增的效果,还要用到表达式的值时,++n 和 n++ 是不一样的。如果 n 为 5,则

x = n++;

将x设为5,而

x = ++n;

将x设为6。两种情况下,n都会变成6。自增和自减操作符只能用于变量;像 (i+j)++ 这样的表达式是非法的。

当只需要用到递增效果,而不需要值的时候,如

if (c == '\n')
    nl++;

前缀和后缀是一样的。不过有些情况下会专门要求使用前缀,而有些则专门使用后缀。举个例子,看看下面这个函数 squeeze(s, c) ,将字符串s中出现的所有字符c都删除:

/* squeeze: 从s中删除所有的c */
void squeeze(char s[], int c)
{
    int i, j;

    for (i = j = 0; s[i] != '\0'; i++)
        if (s[i] != c)
            s[j++] = s[i];
    s[j] = '\0'; 
}

每当非c字符出现时,它就被拷贝到当前的 j 位置,而只有这时 j 才会自增,为接收下一个字符做准备。与下面的写法是完全相同的:

if (s[i] != c) {
    s[j] = c;
    j++;
}

类似结构的另一个例子来自于我们在第一章写的 getline 函数,其中的

if (c == '\n') {
    s[i] = c;
    i++;
}

可以替换成更紧凑的形式:

if (c == '\n')
    s[i++] = c;

第三个例子可以看看标准库函数 strcat(s, t),它将字符串 t 连接到字符串 s 的末尾。strcat 假定 s 有足够的空间来存放合并的结果。按我们下面的写法, strcat 不返回值,标准库的strcat版本返回指向结果字符串的指针。

/* strcat: 把t拼接到s的末尾;s必须足够大 */
void strcat(char s[], char t[])
{
    int i, j;

    i = j = 0;
    while (s[i] != '\0')    /* 找到s的结尾 */
        ++s;
    while ((s[i++] = t[j++]) != '\0')    /* 拷贝t */
        ;
}

由于每个字符都要从 t 拷贝到 s,++后缀同时用于 i 和 j,以保证它们在循环的下一轮时处于正确的位置。

练习2-4,写另一个版本的 squeeze(s1, s2),把字符串s1中出现的所有字符串 s2 都删除

练习2-5,写一个函数 any(s1, s2),返回字符串s2中任意字符在字符串s1中首次出现的位置,如果s1不包含s2的任何字符,则返回-1。(标准库函数 strpbrk 做同样的事,但返回的是位置的指针)

2.9 位运算操作符

C提供了六个位操作符;它们只能用于整型,即 char, short, int 和 long,不管有无符号均可。

& 按位与

| 按位或

^ 按位异或

<< 左移

>> 右移

~ 取反(一元)

按位与操作符 & 经常用于屏蔽位中的某些部分;例如

 n = n & 0177

只保留 n 的低7位,其他位都设为0。

按位或操作符 | 用于将一些位打开(设为1)

x = x | SET_ON

会将 SET_ON 中为1的位设置到 x 上对应的位。

按位异或操作符 ^ 的规则是:若两个操作数对应的位不同时,则运算结果中该位设为1,若相同则设为0。

必须把位操作符 & | 和逻辑运算符 && || 区分开,后者隐含的是从左到右的真值计算。

例如,如果 x是1,y 是2,则 x & y 结果为0 ,而 x && y 结果是1。

移位操作符 << 和 >> 分别对它们左边的操作数进行左移或者右移,移动的位数由右边的操作数(必须为正数)指定。这样 x << 2 会将 x 的值左移两位,空出的位补0;这就等于乘以 4。对 unsigned 值进行右移,空位总是补0。对有符号的值进行右移,在有些机器上会填充符号位(算术移位),而有些机器上填充0(逻辑移位)。

一元操作符 ~ 得出整数的反码,也就是说,把每个1都转成0,每个0都转成1。例如

x = x & ~077

把 x 的低6位设为0。注意 x & ~077 不依赖于字长,这种写法比假定字长的写法好,比如 x & 0177700 假定 x 是 16位的值。可移植的写法不涉及额外的开销,因为 ~077 是常量,可以在编译期间求值。

函数 getbits(x, p, n) 可用来演示一些位操作符的用法,该函数返回 x 从位置 p 算起的 n 个位(右对齐)。我们假定第0位是最右边一位,并且 n 和 p 都是合适的正数。例如, getbits(x, 4, 3) 返回第 4,第3 和 第2 位的三个比特,右对齐。

/* getbits:返回从位置 p 开始的 n 个比特 */
unsigned getbits(int x, int p, int n)
{
    return x >> (p+1-n) & ~(~0 << n);
}

表达式 x >> (p+1-n) 把所需的比特位段移到字的最右边。~0 是所有位均为1;用 ~0 << n 把它左移 n 位,会把最右边的 n 个位变为 0;再对它取反,就得到一个最右边 n 位 都是 1 的掩码。

练习2-6、写个函数 setbits(x,p,n,y),返回值是 x 从位置 p 开始 的 n 个位 被 y 的最右边 n 个位替换后得到的值,x 其他位都不变。

练习2-7、写个函数 invert(x,p,n) ,返回值是 x 从位置 p 开始的 n 个位被翻转(即0变1,1变0)后的结果,其他位都不变。

练习2-8、 写个函数 rightrot(x,n),返回值是整数 x 向右旋转了 n 个位。

2.10 赋值操作符和表达式

 i = i + 2

像这种左侧的变量在右边马上重复出现的表达式,可以写成紧凑的形式:

i += 2

其中操作符 += 被称为 赋值操作符

大部分的二元操作符(像 + 这样左右两边各有一个操作数的操作符)都有一个对应的赋值操作符 op=, 其中 op 是下列操作符之一

 + - * / % << >> & ^ |

设有表达式 expr1 和 expr2,则

expr1 op= expr2

等价于

expr1 = (expr1) op (expr2)

唯一区别是在前面一种形式中, expr1 只会被计算一次。注意 expr2 两边的括号:

x *= y + 1

意思是

x = x * (y+1)

而不是

x = x * y + 1

看看下面这个例子,函数 bitcounts 统计其整数参数中为1的比特位数量。

/* bitcounts: 计算x中为1的比特位数量 */
int bitcounts(unsigned x)
{
    int b;

    for (b = 0; x != 0; x >> 1)
        if (x & 01)
            b++;
    return b;
}

将参数 x 声明为 unsigned 可以保证,对 x 做右移时,左边填充的总是0而不是符号位,不管这个程序在什么样的机器上运行。

除了简洁之外,赋值操作符的优势在于它们与人们思考的方式更为一致。我们会说"把 i 加上 2 "或者" i 自增 2 ",而不是"拿到 i 的值,加上 2, 再把结果放回 i "。因此 表达式 i += 2 比 i = i + 2 更好。另外,对于复杂的表达式如

yyval[yypv[p3+p4] + yypv[p1]] += 2

赋值操作符使代码容易理解,因为读者不必费力地检查两个长表达式是否相等,或者疑惑它们为什么不相等。而且赋值操作符甚至能帮助编译器生成高效的代码。

我们已经知道赋值语句是有值的,可以出现在表达式中;最常见的例子是

while ((c = getchar()) != EOF)
    ...

其他赋值操作符( += -= 等)也能出现在表达式中,不过出现频率会低些。

在所有这样的表达式中,赋值表达式的类型就是它左边操作数的类型,而赋值表达式的值就是赋值之后的值。

练习2-9、在2的补码系统中,x &= (x-1) 删除x最右边的一个比特位。解释为什么。并使用这个发现来写一个更快的 bitcount 版本。

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