位操作运算符——与(&)、非(~)、或(|)、异或(^)

本文详细介绍了位运算符中的与(&)、或(|)、非(~)、异或(^)的概念及运算规则,并通过实例分析了它们在二进制位上的具体应用。

位运算符主要针对二进制,它包括了:“与”、“非”、“或”、“异或”。从表面上看似乎有点像逻辑运算符,但逻辑运算符是针对两个关系运算符来进行逻辑运算,而位运算符主要针对两个二进制数的位进行逻辑运算。下面详细介绍每个位运算符。


1.与运算符
与运算符用符号“&”表示,其使用规律如下:
两个操作数中位都为1,结果才为1,否则结果为0,例如下面的程序段。

public class data13
{
public static void main(String[] args)
{
int a=129;
int b=128;
System.out.println("a 和b 与的结果是:"+(a&b));
}
}


运行结果
a 和b 与的结果是:128
下面分析这个程序:
“a”的值是129,转换成二进制就是10000001,而“b”的值是128,转换成二进制就是10000000。根据与运算符的运算规律,只有两个位都是1,结果才是1,可以知道结果就是10000000,即128。


2.或运算符
或运算符用符号“|”表示,其运算规律如下:
两个位只要有一个为1,那么结果就是1,否则就为0,下面看一个简单的例子。

public class data14
{
public static void main(String[] args)
{
int a=129;
i
<think> 我们被要求介绍C语言中的 |、||、&、&&、^~>> 运算符。根据引用内容,这些运算符可以分为两类:逻辑运算符位运算符。 引用[1]提到了逻辑运算符&&、||、!,同时也提到了|、&、^~>>,但指出逻辑运算符只有三个(&&、||、!),所以其他的应该属于位运算符。 引用[2]则详细介绍了位运算符:&, |, ^, ~, >>。 因此,我们可以将这些运算符分为: 1. 逻辑运算符&& (逻辑),|| (逻辑),! (逻辑) —— 注意:引用[1]中提到了这三个,并且明确指出它们是逻辑运算符。 2. 位运算符:& (按位),| (按位)^ (按位异或)~ (按位取反)>> (右移) 注意:用户问题中同时出现了 | 和 ||,& 和 &&,它们是不同的运算符。 我们分别介绍: 一、逻辑运算符(用于布尔表达式,结果只有01): 1. && (逻辑):当且仅当两个操作数都为真(0)时,结果为真(1);否则为假(0)。具有短路特性(即第一个操作数为假,则不再计算第二个)。 2. || (逻辑):两个操作数中有一个为真,结果就为真;只有两个都为假时,结果才为假。也具有短路特性(第一个操作数为真,则不再计算第二个)。 3. ! (逻辑):一元运算符,将操作数的逻辑值取反(真变假,假变真)。 二、位运算符(对整数的二进制位进行操作): 1. & (按位):对两个操作数的每一位进行操作,只有两个对应位都为1时,结果位才为1,否则为0。 2. | (按位):对两个操作数的每一位进行操作,只要两个对应位中有一个为1,结果位就为1。 3. ^ (按位异或):对两个操作数的每一位进行异或操作,当两个对应位不同时,结果位为1;相同时为0。 4. ~ (按位取反):一元运算符,对操作数的每一位取反(1变0,0变1)。 5. >> (右移):将左操作数的所有位向右移动指定的位数(由右操作数指定)。对于无符号数,左边空出的位用0填充;对于有符号数,通常使用符号位填充(算术右移)者0填充(逻辑右移),这由编译器决定。C语言标准规定,对于有符号数,右移操作可以是算术右移(大多数编译器实现为算术右移)。 注意:用户问题中没有提到左移运算符<<),但为了完整性,我们这里不介绍。 另外,关于优先级:引用[1]提到了优先级,但没有给出具体顺序。我们可以补充: 逻辑运算符的优先级:! > && > || 位运算符的优先级:~ > >(移位运算符)> & > ^ > | (注意:移位运算符优先级高于比较运算符,但低于加减乘除) 但是,为了安全起见,建议在表达式中使用括号来明确运算顺序。 下面我们通过一些示例来展示这些运算符的用法。 示例代码(C语言): ```c #include <stdio.h> int main() { // 逻辑运算符示例 int a = 5, b = 0, c = 10; printf("逻辑运算符:\n"); printf("a && b = %d\n", a && b); // 输出0,因为b为0(假) printf("a || b = %d\n", a || b); // 输出1,因为a0(真) printf("!a = %d\n", !a); // 输出0,因为a0,取反为0 // 位运算符示例 unsigned int x = 0b1010; // 二进制10,十进制10 unsigned int y = 0b1100; // 二进制12,十进制12 printf("\n位运算符:\n"); printf("x & y = %u\n", x & y); // 0b1010 & 0b1100 = 0b1000 -> 8 printf("x | y = %u\n", x | y); // 0b1010 | 0b1100 = 0b1110 -> 14 printf("x ^ y = %u\n", x ^ y); // 0b1010 ^ 0b1100 = 0b0110 -> 6 printf("~x = %u\n", ~x); // 按位取反,注意结果依赖于unsigned int的位数,假设32位,则结果为很大的数(0xFFFFFFF5) printf("x >> 1 = %u\n", x >> 1); // 0b1010右移1位 -> 0b0101 -> 5 printf("y >> 2 = %u\n", y >> 2); // 0b1100右移2位 -> 0b0011 -> 3 return 0; } ``` 注意:取反运算的结果数据类型和位数有关,上面的例子中,假设是32位系统,x=10(二进制前面有28个0,然后1010),取反后变成前面28位都是1,最后4位是0101(因为取反后1010变成0101,但实际上是全部32位取反)。 另外,关于右移运算符,对于有符号数,我们也要注意: int d = -10; // 假设使用补码表示 d >> 1; // 算术右移,高位补符号位(即1),具体结果实现有关。 最后,我们强调一下区别: & 和 &&:&是位运算符,用于整数;&&是逻辑运算符,用于条件判断。 | 和 ||:同理。 例如: if (a && b) // 这是逻辑,判断a和b是否都为真 if (a & b) // 这是位,将a和b的每一位进行操作,结果不为0则为真。但注意,如果b是0,那么a&b就是0(假),但逻辑上不一定等价于a&&b,因为当a为真(0)且b为0时,a&&b为0,而a&b也是0;然而当a为1,b为2时,a&&b为真(1),而a&b的结果是0(1&2=0),所以条件不成立。因此,不能混用。 因此,在条件判断中,我们通常使用逻辑运算符&&、||),而在处理位操作时使用位运算符(&、|、^~>>、<<)。 以上就是对这些运算符的介绍和使用说明。 </think> ### C语言运算符详解:逻辑位运算符 #### 一、逻辑运算符(用于布尔表达式) 1. **`&&`(逻辑)** - **规则**:仅当两个操作数均为真(0)时结果为真(1),否则为假(0)。 - **短路特性**:若左侧操作数为假,右侧不计算。 - **示例**: ```c (5 > 3) && (4 < 6) // 结果为1(真) (5 > 8) && (printf("Not executed")) // 右侧不执行 ``` 2. **`||`(逻辑)** - **规则**:任意一个操作数为真则结果为真(1),全假时为假(0)。 - **短路特性**:若左侧操作数为真,右侧不计算。 - **示例**: ```c (5 == 5) || (3 != 3) // 结果为1(真) ``` 3. **`!`(逻辑)** - **规则**:一元运算符,反转操作数的真假值(真→假,假→真)。 - **示例**: ```c !(0) // 结果为1(真) ``` --- #### 二、位运算符(用于二进制位操作) 1. **`&`(按位)** - **规则**:两个二进制位均为1时结果为1,否则为0。 - **用途**:掩码操作、清零特定位。 - **示例**: ```c 0b1010 & 0b1100 = 0b1000 // 十进制:10 & 12 = 8 ``` 2. **`|`(按位)** - **规则**:两个二进制位中任意为1则结果为1。 - **用途**:设置特定位为1。 - **示例**: ```c 0b1010 | 0b1100 = 0b1110 // 10 | 12 = 14 ``` 3. **`^`(按位异或)** - **规则**:两个二进制位不同时结果为1,相同时为0。 - **用途**:翻转特定位、交换变量值。 - **示例**: ```c 0b1010 ^ 0b1100 = 0b0110 // 10 ^ 12 = 6 ``` 4. **`~`(按位取反)** - **规则**:一元运算符,将所有二进制位取反(0→1, 1→0)。 - **注意**:结果依赖数据类型位数(如32位系统)。 - **示例**: ```c ~0b1010 = 0b111...1110101 // ~10 = 极大负数(补码) ``` 5. **`>>`(右移)** - **规则**:将左操作数的二进制位向右移动指定位数。 - **无符号数**:左侧补0。 - **有符号数**:通常补符号位(算术右移)。 - **用途**:快速除以$2^n$。 - **示例**: ```c 0b1100 >> 2 = 0b0011 // 12 >> 2 = 3(无符号) (-12) >> 2 = -3 // 算术右移(有符号) ``` --- #### 三、运算符优先级注意事项 1. **优先级排序**(从高到低): `~` > `>>` > `&` > `^` > `|` > `&&` > `||` - **建议**:使用括号明确顺序,如 `(a & b) && c`。 2. **关键区别**: - `&` vs `&&`:位操作 vs 逻辑判断。 ```c (5 & 2) // 0101 & 0010 = 0(假) (5 && 2) // 真(0) ``` - `>>` 对有符号数的行为由编译器实现定义(通常为算术右移)[^1][^2]。 --- #### 应用示例 ```c #include <stdio.h> int main() { int a = 10; // 二进制: 1010 int b = 12; // 二进制: 1100 printf("按位: %d\n", a & b); // 8 (1000) printf("按位: %d\n", a | b); // 14 (1110) printf("按位异或: %d\n", a ^ b); // 6 (0110) printf("右移: %d\n", a >> 1); // 5 (0101) return 0; } ```
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