【C语言初阶】操作符之 位运算符详解（“ ＜＜ ”，“ ＞＞ ”，“ & ”，“ | ”，“ ^ ”，“ ~ ”）

目录

C语言中六种位运算符：

一、位移运算符

1、移位运算符简介

2、先要了解一点

3、 << 左移运算符

4、>>右移运算符

5、警告

二、

1、& 按位与

2、| 按位或

3、^ 按位异或

4、~ 取反

4、例子 

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C语言中六种位运算符：

& 按位与

| 按位或

^ 按位异或

~取反

>>右移

<<左移

位运算符用来对二进制位进行操作，C语言中提供了如上表所示的位运算符。

位运算符中，除 ～ （取反）以外，其余均为双目运算符。

位运算符操作数只能为整型和字符型数据。

一、位移运算符

1、移位运算符简介

在C语言中，移位运算符有双目移位运算符：<<（左移）和>>（右移）。

左移运算是将一个二进制位的操作数按指定移动的位数向左移动，移出位被丢弃，右边移出的空位一律补 0 。

右移运算是将一个二进制位的操作数按指定移动的位数向右移动，移出位被丢弃，左边移出的空位一律补 0 ，或者补符号位，这由不同的机器而定。在使用补码作为机器数的机器中，正数的符号位为  0 ，负数的符号位为 1 。

听不懂是吧，接下来且听我详解。

2、先要了解一点

首先，要了解原码、反码、补码（简单说一下）

整数在内存中存储的形式是补码的二进制。

整数的二进制表示：有3种（原码、反码、补码）

原码：直接根据数值写出的二进制序列就是原码（32位）

反码：原码的符号位不变，其他位按位取反就是反码

补码：反码加1，就是补码

对于正整数的原码、反码、补码都相同；负数是存放在二进制的补码中，负整数的原码、反码、补码都不相同。
 

 例如：1（正整数的原码、反码、补码都相同）

原码：0000000 00000000 00000000 00000001
 
反码：0000000 00000000 00000000 00000001
 
补码：0000000 00000000 00000000 00000001

最高位为0 ，也是符号位

例如：-1（负整数的原码、反码、补码都不相同）

原码：10000000 00000000 00000000 00000001
 
反码：11111111 11111111 11111111 11111110（按位取反，符号位不变）
 
补码：11111111 11111111 11111111 11111111（反码加1）

 最高位为1，也是符号位

3、 << 左移运算符

先上代码（只演示负整数的，看完正整数的也会了，正整数的比较简单）

#include<stdio.h>
int main()
{
	int a = -5;
	int b = a << 1;
 
	printf("%d\n", a);
	printf("%d\n", b);
 
	return 0;
}

结果是 -10

这是为什么呢，原因如下： 

规则：左移运算是将一个二进制位的操作数按指定移动的位数向左移动，移出位被丢弃，右边移出的空位一律补0。

简单说就是：左边丢弃，右边补0

先写出 -5 的补码

原码：10000000 00000000 00000000 00000101 （最高位为1）
 
反码：11111111 11111111 11111111 11111010 （按位取反，符号位不变）
 
补码：11111111 11111111 11111111 11111011 （反码加1）

补码向左移动一位，左边去掉，右边补0，如图：

此时得到的是补码，还要反推原码才能打印

补码：11111111 11111111 11111111 11110110
 
反码：11111111 11111111 11111111 11110101（补码 -1 得到反码）
 
原码：10000000 00000000 00000000 00001010（按位取反得到原码）

此时得到的原码就可以打印了，结果是 -10

注：此时的 a 没有改变，依旧是 -5

4、>>右移运算符

先上代码（只演示负整数的，看完正整数的也会了，正整数的比较简单）

#include<stdio.h>
int main()
{
	int a = -5;
	int b = a >> 1;
 
	printf("%d\n", a);
	printf("%d\n", b);
 
	return 0;
}

结果是：-3

 这是为什么，原因如下： 

右移运算是将一个二进制位的操作数按指定移动的位数向右移动，移出位被丢弃，左边移出的空位一律补0，或者补符号位，这由不同的机器而定。在使用补码作为机器数的机器中，正数的符号位为 0 ，负数的符号位为 1 。

简单说就是：（分为 2 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。

到底是逻辑右移还是算术右移取决于编译器

我当前使用的编译器，它采用的是算术右移

先写出 -5 的补码

原码：10000000 00000000 00000000 00000101 （最高位为1）
 
反码：11111111 11111111 11111111 11111010 （按位取反，符号位不变）
 
补码：11111111 11111111 11111111 11111011 （反码加1）

补码向右移动一位，右边丢弃，左边补符号位，如图：

   此时得到的是补码，还要反推原码才能打印

补码：11111111 11111111 11111111 11111101
 
反码：11111111 11111111 11111111 11111100（补码 -1 得到反码）
 
原码：10000000 00000000 00000000 00000011（按位取反得到原码）

此时得到的原码就可以打印了，结果是 -3

注：此时的 a 没有改变，依旧是 -5

5、警告

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：

int a = 5;
int b = a >> -1  //error

二、

1、& 按位与

先上代码：

#include<stdio.h>
int main()
{
	int a = 5;
	int b = -2;
	int c = a & b;
	printf("%d\n", c);

	return 0;

运行结果是：4

  这是为什么，原因如下：

规则：两个二进制操作数对应位同为 1 ，结果位才为 1 ，其余情况为 0 。

先写出 5，-2 的补码

 5 的补码：00000000 00000000 00000000 00000101

-2 的原码：10000000 00000000 00000000 00000010
-2 的反码：11111111 11111111 11111111 11111101
-2 的补码：11111111 11111111 11111111 11111110

两个二进制操作数对应位同为 1 ，结果 位 才为 1 ，其余情况为 0 

​      5 的补码：00000000 00000000 00000000 00000101
     -2 的补码：11111111 11111111 11111111 11111110
 5 & -2 的补码：00000000 00000000 00000000 00000100

此时得到的是补码，要原码才能打印

 5 &- 2 的原码：00000000 00000000 00000000 00000100 
 （正整数原、反、补相同）
   

此时打印结果是：4

2、| 按位或

先上代码

#include<stdio.h>
int main()
{
	int a = 5;
	int b = -2;
	int c = a | b;
	printf("%d\n", c);

	return 0;
}

结果是：-1

   这是为什么，原因如下：

规则：两个二进制操作数对应位只要有一个为 1 ，结果 位 就为 1 ，其余情况为 0 

先写出 5，-2 的补码

​ 5 的补码：00000000 00000000 00000000 00000101

-2 的原码：10000000 00000000 00000000 00000010
-2 的反码：11111111 11111111 11111111 11111101
-2 的补码：11111111 11111111 11111111 11111110

两个二进制操作数对应位只要有一个为 1 ，结果 位 就为 1 ，其余情况为 0 

      5 的补码：00000000 00000000 00000000 00000101
     -2 的补码：11111111 11111111 11111111 11111110
 5 | -2 的补码：11111111 11111111 11111111 11111111

此时得到的是补码，需要原码才能打印

5 | -2 的补码：11111111 11111111 11111111 11111111
5 | -2 的反码：11111111 11111111 11111111 11111110
5 | -2 的原码：10000000 00000000 00000000 00000001

此时打印结果是：-1

3、^ 按位异或

先上代码

#include<stdio.h>
int main()
{
	int a = 5;
	int b = -2;
	int c = a ^ b;
	printf("%d\n", c);

	return 0;
}

结果是：-5

  这是为什么，原因如下：

规则：两个二进制操作数对应 位 相同为 0 ，不同为 1

先写出 5，-2 的补码

​ 5 的补码：00000000 00000000 00000000 00000101

-2 的原码：10000000 00000000 00000000 00000010
-2 的反码：11111111 11111111 11111111 11111101
-2 的补码：11111111 11111111 11111111 11111110

两个二进制操作数对应 位 相同为 0 ，不同为 1

​      5 的补码：00000000 00000000 00000000 00000101
     -2 的补码：11111111 11111111 11111111 11111110
 5 ^ -2 的补码：11111111 11111111 11111111 11111011

此时得到的是补码，需要原码才能打印

5 ^ -2 的补码：11111111 11111111 11111111 11111011
5 ^ -2 的反码：11111111 11111111 11111111 11111010
5 ^ -2 的原码：10000000 00000000 00000000 00000101

此时打印结果是：-5

4、~ 取反

~ （取反）这是一个单目操作符，先上代码

#include<stdio.h>
int main()
{
	int a = 5;
	int c = ~a;
	printf("%d\n", c);

	return 0;
}

 结果是：-6

  这是为什么，原因如下：

规则：一个二进制操作数，对应位为 0 ，结果位为 1 ；对应位为 1 ，结果位为 0
作用是将每位二进制取反

先写出 5 的补码 

​ 5 的补码：00000000 00000000 00000000 00000101

 对应位为 0 ，结果位为 1 ；对应位为1，结果位为 0

​ 5 的补码：00000000 00000000 00000000 00000101
     取反：11111111 11111111 11111111 11111010

 此时得到的是补码，需要原码才能打印

取反后（补码）：11111111 11111111 11111111 11111010
         反码：11111111 11111111 11111111 11111001
         原码：10000000 00000000 00000000 00000110

此时打印的结果是：-6

4、例子 

例：不能创建临时变量（第三个变量），实现两个数的交换

很容易想到的代码是两个数相减，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;
}

但是这种代码有局限性，当 a 和 b 这两个数很大的时候，加起来超过了 int 的范围，代码就失效了

另一种的方法不易想到，就是用位操作符来实现，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;
}

为什么可以交换 a 和 b ，原因留给你自己琢磨，上面已经介绍过 ^ （按位异或）了

三、最后

文章到这就结束了，希望对你有帮助，觉得文章不错就点个赞吧。

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