【C】取反操作符「~」

原创 已于 2022-07-19 19:05:33 修改 · 776 阅读 · 0 ·
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于 2022-05-10 02:03:51 首次发布

看上面这段代码，对3取反后的结果是4

首先我们来看看取反操作符（~）的定义：对一个数的二进制按位取反

知道了定义后，我们来算算吧

那么取反号有什么用呢？虽然没有很大的用处，但遇到一些变态的题目还是用得上的，比如下面这道题

【C#】指定改变整数二进制中的任何一位

C 语言中位取反操作符 ~ 和逻辑取反操作符 !
ultramand的博客
03-20 9531
是一个一元操作符，用于执行逻辑取反操作。它将操作数的逻辑值取反，即如果操作数为真（非零），则结果为假（0），如果操作数为假（0），则结果为真（1）。是一个一元操作符，用于执行按位取反操作。它会将操作数的每个位取反，即将 0 变为 1，将 1 变为 0。的值为 10，由于 10 是非零值，逻辑取反操作后结果为 0。在 C 语言中，有两种取反操作符，分别是位取反操作符。可以用于任何标量类型，包括整数和浮点数。，经过位取反操作后，得到二进制表示为。只能用于整数类型，而逻辑取反操作符。请注意，位取反操作符。
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<think>根据提供的引用资料，用户询问的是C语言中按位取反操作符（~）的使用方法和示例。该操作符是一个单目运算符，用于对二进制数的每一位进行取反操作（0变1，1变0）。理解这个操作符需要了解计算机中的原码、反码和补码表示，尤其是有符号数的存储方式。用户提供的引用[4]详细说明了原码、反码和补码的概念，引用[1]、[2]、[3]提供了代码示例。需要重点注意：整数在计算机中以补码形式存储，按位取反操作是对补码的每一位取反，得到的结果仍是补码形式。以下将逐步解释按位取反操作符的用法和含义：1.操作对象：按位取反操作符作用于整数类型（包括有符号和无符号整数）的每个二进制位。2.操作效果：对操作数的每一位取反（0变成1，1变成0）。3.补码存储：在C语言中，整数以补码形式存储，因此按位取反实际是对补码进行操作。4.有符号数处理：对负数取反需特别注意其补码表示。引用[5]中提到按位取反是单目操作符，其优先级较高，应结合操作数使用。使用示例：1.无符号整数取反：```cunsignedchara=80;//二进制01010000unsignedcharb=~a;//取反后为10101111，即十进制175printf("%u",b);//输出175```2.有符号整数取反（正数）：```cinta=6;//原码：00000000000000000000000000000110//补码同原码//取反后：11111111111111111111111111111001（补码）//此补码对应的十进制值：符号位为1（负数），反码为11111111111111111111111111111000，补码=反码+1→11111111111111111111111111111001//因此真值为-7（因为补码11111001表示的负数是-7的补码）printf("~a:%d\n",~a);//输出-7```3.有符号整数取反（负数）：```cintnum1=-3;//-3的原码（32位）：10000000000000000000000000000011→反码：11111111111111111111111111111100→补码：11111111111111111111111111111101//取反：00000000000000000000000000000010（即补码00000010）//该补码为正数，故真值为2printf("按位取反~：%d\n",~num1);//输出2```4.对零取反：```cprintf("按位取反~：%d\n",~0);//0的补码全0，取反后全1，即补码为11111111111111111111111111111111，对应真值为-1```重要注意事项：-无符号整数的取反直接按二进制位运算，结果仍为无符号整数。-有符号整数的取反结果依赖系统对负数的补码表示（几乎所有系统都使用补码）。-使用`printf`输出时，格式符`%d`会将结果解释为有符号整数，而`%u`解释为无符号整数。以下综合示例演示了不同情况：```c#include<stdio.h>intmain(){//示例1:正整数inta=6;printf("~%d=%d\n",a,~a);//~6→-7//示例2:负整数intb=-3;printf("~%d=%d\n",b,~b);//~(-3)→2//示例3:无符号整数unsignedintc=80;printf("~%u(unsigned)=%u\n",c,~c);//32位全反，结果为4294967215//示例4:零printf("~0=%d\n",~0);//-1return0;}```§§相关问题§§1.按位取反操作符在二进制数据处理中有哪些应用？2.按位取反操作符与逻辑非（!）有什么区别？3.按位操作符（与、或、异或）如何与取反配合使用？</think> ### C语言按位取反操作符（`~`）详解 #### 1. **基础概念** 按位取反操作符`~`是一个**单目运算符**，它对操作数的**每一位二进制位进行取反**： - `0` 变为 `1` - `1` 变为 `0` 示例公式： $$ \sim A = \text{将} A \text{的每个二进制位取反} $$ #### 2. **使用方法** - **语法**：直接作用于整数类型变量或常量 ```c int result = ~operand; // 对operand按位取反 ``` - **操作对象**：整型数据（`int`, `char`, `short`等），包括有符号和无符号类型。 - **优先级**：单目操作符优先级较高，与其他操作符混合使用时需注意括号。 #### 3. **原码、反码与补码** 理解按位取反需掌握存储机制： - **原码**：最高位是符号位（0正1负），其余为数值位。 ``` 例：6的原码（8位）→ 00000110 ``` - **反码**： - 正数：与原码相同 - 负数：符号位不变，数值位取反 - **补码**（计算机实际存储形式）： - 正数：同原码 - 负数：反码 + 1 ``` 例：-6的补码（8位）： 原码：10000110 反码：11111001 补码：11111010 ``` #### 4. **关键示例** ```c #include <stdio.h> int main() { // 示例1：正数取反 int a = 6; // 二进制: 00000110（补码） printf("~%d = %d\n", a, ~a); // 输出: ~6 = -7 /* 计算过程： 6的补码: 00000110 按位取反: 11111001 → 这是补码形式 转换回原码： 符号位1（负数）→ 反码 = 11111000 → 原码 = 10000111 = -7 */ // 示例2：零取反 printf("~0 = %d\n", ~0); // 输出: ~0 = -1 /* 计算过程： 0的补码: 00000000 取反: 11111111 → 补码11111111 = -1 */ // 示例3：负数取反（引用[2]） int b = -6; printf("~%d = %d\n", b, ~b); // 输出: ~-6 = 5 /* 计算过程： -6的补码: 11111010 按位取反: 00000101 → 正数补码 = 5 */ // 示例4：无符号数（引用[3]） unsigned char c = 80; // 二进制: 01010000 printf("~%u = %u\n", c, (unsigned char)~c); // 输出: ~80 = 175 /* 计算过程： 取反: 10101111 = 128+32+15 = 175 */ return 0; } ``` #### 5. **重要注意事项** 1. **符号位影响结果**： - 有符号数取反后结果可能为负（因最高位变为1）。 - 无符号数取反结果恒为正。 2. **位宽一致性**： ```c char x = 1; // 00000001（8位） int y = ~x; // 11111111 11111111 11111111 11111110（32位） ``` 操作前会进行整型提升（小类型扩展为`int`）。 3. **典型用途**： - 快速创建掩码：`mask = ~(1 << n)` 清除第n位 - 切换标志位：`flags = flags ^ ~mask` #### 6. **常见误区** - ❌ 混淆按位取反（`~`）和逻辑非（`!`）： ```c int a = 0; printf("!a=%d, ~a=%d", !a, ~a); // 输出: !a=1, ~a=-1 ``` - ❌ 忽略补码转换： 取反结果需从补码转回原码才能得到十进制值。 --- ###
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