【C语言】操作符详解（上）

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前言

今天分享关于操作符的基础知识，一起来学习一下吧。

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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： . 、->

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二、二进制和进制转换

二进制其实和十进制的满10进1同理，为满2进1，每一位由0或1表示。
八进制和十六进制同理。
15的2进制：1111
15的8进制：17
15的10进制：15
15的16进制：F
值得一提的是，十六进制大于10时，按A~F依次代替表示。

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1.二进制转十进制

以125为例：

2.二进制转八进制和十六进制

2.1二进制转八进制

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。

2.2二进制转十六进制

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。

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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。

注意：对于整形来说，数据存放内存中其实存放的是补码，所以内存中的计算都是以补码的形式计算的。
原因如下：
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。

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四、移位操作符

注：移位操作符的操作数只能是整数。

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1.左移操作符

移位规则：左边丢弃，右边补0

#include <stdio.h>
int main()
{
 int num = 10;
 int n = num<<1;
 printf("n= %d\n", n);
 printf("num= %d\n", num);
 return 0;
}

2.右移操作符

移位规则：
逻辑右移：右边丢弃，左边补0
算数右移：右边丢弃，左边用该值符号位填充（大部分运算为算数右移）

#include <stdio.h>
int main()
{
 int num = 10;
 int n = num>>1;
 printf("n= %d\n", n);
 printf("num= %d\n", num);
 return 0;
}

逻辑右移

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算数右移

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对于移位运算，不要移动负数位，标准未定义。

int num = 10;
num>>-1;//error

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五、位操作符: & 、 | 、 ^ 、~

& —— 按位与
| ——按位或
^——按位异或
~——取反

注：他们的操作数必须是整数。

#include <stdio.h>
int main()
{
 int num1 = -3;
 int num2 = 5;
 printf("%d\n", num1 & num2);
 printf("%d\n", num1 | num2);
 printf("%d\n", num1 ^ num2);
 printf("%d\n", ~0);
 return 0;
}

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举个例子：
在不创建第三个变量的前提下，实现两个数的交换。
你可能会想到：

#include <stdio.h>
int main()
{
 int a = 2;
 int b = 3;
 a = a + b;
 b = a - b;
 a = a - b;
 printf("%d %d\n", a, b);
 return 0;
}

但是有一个问题，如果 a 和 b 很大， a+b的值超出了整型的范围，那么这个值就失效了。
所以这里引入使用异或（^）的方式，代码如下：

#include <stdio.h>
int main()
{
 int a = 10;
 int b = 20;
 a = a^b;
 b = a^b;
 a = a^b;
 printf("a = %d b = %d\n", a, b);
 return 0;
}

这里要引入 0 ^ n = n,n ^ n = 0，这里用补码看就很清晰了，二进制位0 ^ 0 出0；0 ^ 1出1
所以a ^ b 的值赋给a，进入下一个表达式，a用这个值替换，根据结合律，b ^ b = 0,
0 ^ a = a,同理下一个表达式也是如此。
这个初学可能想不到，如果不好理解，可以把a^b的值看作一把钥匙，遇到b就可以打开a，将a值赋给b，遇到a就可以打开b，将b值赋给a。

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这里再给两个练习，大家自行参考：
例1、编写代码实现：求⼀个整数存储在内存中的⼆进制中1的个数。

#include <stdio.h>
int main()
{
 int num = -1;
 int i = 0;
 int count = 0;//计数
 while(num)
 {
 count++;
 num = num&(num-1);
 }
 printf("⼆进制中1的个数 = %d\n",count);
 return 0;
}

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例2、编写代码将13⼆进制序列的第5位修改为1，然后再改回0
13的2进制序列： 00000000000000000000000000001101
将第5位置为1后：00000000000000000000000000011101
将第5位再置为0：00000000000000000000000000001101

#include <stdio.h>
int main()
{
 int a = 13;
 a = a | (1<<4);
 printf("a = %d\n", a);
 a = a & ~(1<<4);
 printf("a = %d\n", a);
 return 0;
}

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总结

本文介绍了C语言中操作符的基础知识，包括操作符分类、进制转换、原码/反码/补码、移位操作符和位操作符。重点讲解了二进制与十进制转换方法，整数在内存中以补码形式存储的原因，以及左移、右移操作符的使用规则。通过实际代码示例演示了位操作符(&、|、^、~)的应用，包括不借助临时变量交换两个数的技巧。最后提供了两个练习题目：统计二进制中1的个数和修改特定位的值。
希望对你有所帮助。