C语言入门(十三):操作符详解(1)

一: 操作符的分类

• 算术操作符: + 、- 、 * 、 / 、 %

• 移位操作符: << >>

• 位操作符: & | ^

• 赋值操作符: = 、 += 、-= 、 *= 、 /= 、 %= 、 >>= 、<<=、&=、|=、^=

• 单⽬操作符: !、 ++ 、-- 、 & 、 * 、 + 、- 、 ~ 、 sizeof 、 ( 类型 )

• 关系操作符: > 、 >= 、 < 、 <= 、 == 、 !=

• 逻辑操作符: && 、 ||

• 条件操作符: ? :

• 逗号表达式: ,

• 下标引⽤: [] &= 、 |= 、 ^=

• 函数调⽤: ()

• 结构成员访问: . 、 ->

二: ⼆进制和进制转换

其实我们经常能听到 2 进制、 8 进制、 10 进制、 16 进制 这样的讲法,那是什么意思呢?

其实2进制、8进制、10进制、16进制是数值的不同表⽰形式⽽已。

⽐如:数值15的各种进制的表⽰形式:

15 的 2 进制: 1111

15 的 8 进制: 17

15 的 10 进制: 15

15 的 16 进制: F

注意:

16 进制的数值之前写: 0x

8 进制的数值之前写 : 0

我们重点介绍⼀下⼆进制:

⾸先我们还是得从10进制讲起,其实10进制是我们⽣活中经常使⽤的,我们已经形成了很多常识:

• 10进制中满10进1

• 10进制的数字每⼀位都是0~9的数字组成

其实⼆进制也是⼀样的

• 2进制中满2进1

• 2进制的数字每⼀位都是0~1的数字组成

那么 1101 就是⼆进制的数字了,换成十进制就是13

2进制转10进制

其实10进制的123表⽰的值是⼀百⼆⼗三,为什么是这个值呢?其实10进制的每⼀位是有权重的,10 进制的数字从右向左是个位、⼗位、百位....,分别每⼀位的权重是 10 ,10 ,10 ......

如下图:

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 ,2 ,2 ...

如果是2进制的1101,该怎么理解呢?

10进制转2进制数字

2进制转8进制

8进制的数字每⼀位是0~7的,0~7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

如:2进制的01101011,换成8进制:0153,0开头的数字,会被当做8进制

2进制转16进制

16进制的数字每⼀位是0~9,a~f的,0~9,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

如:2进制的01101011,换成16进制:0x6b,16进制表⽰的时候前⾯加0x

三:原码、反码、补码

整数的2进制表⽰⽅法有三种,即原码、反码和补码

有符号整数的三种表⽰⽅法均有符号位和数值位两部分,2进制序列中,最⾼位的1位是被当做符号 位,剩余的都是数值位

符号位都是⽤0表⽰"正",⽤1表⽰"负"

正整数的原、反、补码都相同。

负整数的三种表⽰⽅法各不相同。

原码:直接将数值按照正负数的形式翻译成⼆进制得到的就是原码。

反码:将原码的符号位不变,其他位依次按位取反就可以得到反码。

补码:反码+1就得到补码。

补码得到原码也是可以使⽤:取反,+1的操作。、

代码如下:

注意:int整型是4个字节,又因为1个字节等于8个bit,所以这里是32个bit,因此这里有32位数

cpp 复制代码
int main()
{
	int a = -10;//-10是存放a中的,a是整型变量,是4个字节,32个bit位   -10的二进制是1010
	        -10的原码、反码、补码
          10000000000000000000000000001010  -- 原码
	      11111111111111111111111111110101  -- 反码
	      11111111111111111111111111111110  -- 补码

	int b = 10;//整数的原码、反码、补码是一样的
               10的原码、反码、补码
	      00000000000000000000000000001010  -- 原码
	      00000000000000000000000000001010  -- 反码
	      00000000000000000000000000001010  -- 补码
	上面数字的最高位表示符号位,1是负 0是正
	return 0;
}

对于整形来说:数据存放内存中其实存放的是补码。

为什么呢?

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。

四: 移位操作符

>> 右移操作符

<<左移操作符

注意: 移位操作符的操作数只能是整数。

左移操作符

移位规则:左边抛弃、右边补0

代码如下:

正数的情况

cpp 复制代码
 正数的情况
int main()
{
	int a = 6;
	int b = a << 1; //a向左移动一位,并将返回值存放在b里面 (不能移动负数位)

	printf("%d\n", b);//输出12
	printf("%d\n", a);//输出6

	return 0;
}

输出结果:

计算原理:计算机是用补码来计算结果的

a=6

它的补码、反码、原码是一样的

0000000000000000000000000000000110 --原码、反码、补码 (32位bit)

向左移动一位,左边抛弃,右边补0

0000000000000000000000000000001100 --b的补码

又因为整数的三码是一样的,所以b的原码也是这个,所以1100是12的二进制表示,所以b输出的结果是12

负数的情况

代码如下:

cpp 复制代码
int main()
{
	int a = -6;
	 //10000000000000000000000000000110  --原码
	 //11111111111111111111111111111001  --反码
	 //11111111111111111111111111111010  --补码
	 // a向左移动一位
	 //11111111111111111111111111110100  --b的补码
	 //将b的补码转换为原码 即----> b的补码先取反再加1---->b的原码(即我们b的输出值)
	 //10000000000000000000000000001100  --b的原码  二进制1100符号为符号,所以转换为十进制为-12
	int b = a << 1;

	printf("%d\n", b);//输出-12
	printf("%d\n", a);//输出-6

	return 0;
}

输出结果:

计算原理:

10000000000000000000000000000110 --原码

11111111111111111111111111111001 --反码

11111111111111111111111111111010 --补码

a向左移动一位

11111111111111111111111111110100 --b的补码

将b的补码转换为原码 即----> b的补码先取反再加1---->b的原码(即我们b的输出值)

10000000000000000000000000001100 --b的原码 二进制1100符号为符号,所以转换为十进制为-12

图标如下;

右移操作符

移位规则:⾸先右移运算分两种:

  1. 逻辑右移:左边⽤0填充,右边丢弃

  2. 算术右移:左边⽤原该值的符号位填充,右边丢弃

-1的三个码

-1

10000000000000000000000000000001 --原码

11111111111111111111111111111110 --反码

11111111111111111111111111111111 --补码

代码如下:

cpp 复制代码
int main()
{
	int num = -1;
	int b = num >> 1;
	printf("%d\n", b);//输出-1
	 
	return 0;
}

输出结果:

图标如下:

警告⚠: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:

下面的写法是错误的

int num = 10;

num>>-1;

五:位操作符:&、|、^、~

位操作符有:

注意:位是指二进制位,下面符号的使用都是在二进制数的基础上面使用的,并且他们的操作数必须是整数。

& -----按位与

| -----按位或

^ -----按位异或

~ ------按位取反

代码如下:

&的使用 按(二进制)位与

cpp 复制代码
  &按(二进制)位与
int main()
{
	int a = 3;
	int b = -5;
	int c = a & b;

	printf("%d\n", c);//输出3
	return 0;
}

输出结果:

计算原理:

计算原理:

00000000000000000000000000000011 --a(3)的补码、原码、反码

10000000000000000000000000000101 --b(-5)的原码

11111111111111111111111111111010 --b(-5)的反码

11111111111111111111111111111011 --b(-5)的补码

00000000000000000000000000000011 --a(3)的补码

11111111111111111111111111111011 --b(-5)的补码

00000000000000000000000000000011 --&之后的补码,又因为是整数,所以我们的原码也是这个,所以将0011的2进制换成10进制就是3

看上面两个补码得出的,&相当于是并且的意思,要同时满足才行

a第一个数是0

b第一个数是1

0和1不一样,所以&之后还是0

1和1一样,所以%之后就是1

| 的使用 按(二进制)位或

代码如下:

cpp 复制代码
int main()
{
	int a = 3;
	int b = -5;
	int c = a | b;

	printf("%d\n", c);//输出-5
	return 0;
}

输出结果:

计算原理:

计算原理:

00000000000000000000000000000011 --a(3)的补码、原码、反码

10000000000000000000000000000101 --b(-5)的原码

11111111111111111111111111111010 --b(-5)的反码

11111111111111111111111111111011 --b(-5)的补码

00000000000000000000000000000011 --a(3)的补码

11111111111111111111111111111011 --b(-5)的补码

11111111111111111111111111111011 -- | 之后的补码,由于第一个数是1,所以是负号,此时我们要将补码换成原码

将补码换成原码---------先取反再加1(开头的数字不用)

10000000000000000000000000000101 -- | 之后的原码 ,二进制0101换成十进制是5,前面是1所以是-5

^ 的使用 按(二进制)位异或

代码如下:

注意:异或:相同位为0,相异位为1

cpp 复制代码
int main()
{
	int a = 3;
	int b = -5;
	int c = a ^ b;

	printf("%d\n", c);//输出-8
	return 0;
}

输出结果:

计算原理:

00000000000000000000000000000011 --a(3)的补码、原码、反码

10000000000000000000000000000101 --b( - 5)的原码

11111111111111111111111111111010 --b( - 5)的反码

11111111111111111111111111111011 --b( - 5)的补码

00000000000000000000000000000011 --a(3)的补码

11111111111111111111111111111011 --b( - 5)的补码

11111111111111111111111111111000 -- ^ 之后的补码

将补码换成原码---------先取反再加1(开头的数字不用)

10000000000000000000000000001000 -- ^ 之后的原码

~ 的使用 按(二进制)位取反(包括开头的符号位)

代码如下:

cpp 复制代码
int main()
{
	int a = 0;

	int b = ~a;

	printf("%d\n", b);//输出-1

	return 0;
}

输出结果:

计算原理:

原理: 00000000000000000000000000000000 --a的原码、反码、补码

11111111111111111111111111111111 -- ~ 之后的补码

取反加1变成原码

10000000000000000000000000000001 -- ~ 之后的原码

练习:

问题: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:

cpp 复制代码
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;// b=a
	a = a ^ b;// a=b

	printf("交换后:a = %d b = %d \n", a, b);

	return 0;
}

输出结果:

练习:

问题:求一个整数存储在内存中的二进制中1的个数(说白了,就是算出你的补码有多少个1)

代码如下:

下面的代码输入值不能使用负数,会出问题的

cpp 复制代码
int main()
{
	unsigned int n = 0;  //如果在前面加unsigned(无符号),那么就可以是负数)
	scanf("%d", &n);//输入-1
	int count = 0;
	while (n)//输进1
	{
		if (n % 2 == 1)
		{
			count++;
		}
		n /= 2;
	}
	printf("%d\n", count);

	return 0;
}

输入13的结果:

使用 & 来解决上面的问题,此时我们可以输入负数的值了

代码如下:

cpp 复制代码
int main()
{
	int n = 0;
	int count = 0;
	scanf("%d", &n);
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 32; i++)
	{
		if (  (  (n >> i) & 1) == 1)  位运算法
		{
			count++;
		}
	}
	printf("%d\n", count);
	return 0;
}

输入-1的结果

还有一个方法:(就是一个公式)

代码如下:

cpp 复制代码
int main()
{
	int n = 0;
	int count = 0;
	scanf("%d", &n);

	while (n)
	{
		n = n & (n - 1);//一个公式
		count++;
	}
	printf("%d\n", count);

	return 0;
} 

练习:

问题:二进制位 置0 或者 置1

比如 将13二进制序列的第5位修改为1,然后改为0

cpp 复制代码
int main()
{
	int n = 13;

	n |= (1 << 4);//将第5位改成1
	printf("%d\n", n);

	n &= ~(1 << 4);//将第5位改成0
	printf("%d\n", n);

	return 0;
}

输出结果:

六: 单⽬操作符

单⽬操作符有这些:

!、 ++ 、-- 、 & 、 * 、 + 、 、 ~ 、 sizeof 、 ( 类型 )

单⽬操作符的特点是只有⼀个操作数,在单⽬操作符中只有&和*没有介绍,这2个操作符,我们放在 学习指针的时候学习

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