【嵌入式C语言】3.运算符

本文详细介绍了C语言中的各类运算符,包括算数运算符、逻辑运算符、位运算符、赋值运算符和内存访问符,并提供了典型的使用案例。

0.前言

本章主要整理C语言运算符。
以及介绍部分运算符的典型使用方法。



1.算数运算符

在这里插入图片描述

  • 注:CPU不能执行乘除法等,需要多个周期或软件模拟方法。 乘数法尽量与2^n有关,可以减少运算量,提高运算效率。

%用法:取一个范围的数;得到M进制的一个个位数;得到一个循环的下标。

2.逻辑运算符

  • 返回结果真(1)假(0)。
    在这里插入图片描述
    A||B不等价于B||A,因为执行顺序不一致,可能第一个为0便不执行后续部分。
  • >、≥、<、≤
  • ?: ////////////////////正则表达式,相当于if else

3.位运算符

  • &: 按位与(两者同为1则为1,否则为0)//用法:屏蔽、取出、清零
  • |:按位或 (两则同为0则为0,否则为1)//用法:保留、置位
  • ^: 按位异或(两则相同则为0,相异则为1)
  • ~: 取反 (1取0,0取1)
  • <<:左移 (相当于乘2)
  • >>:右移 (相当于除2)
//右移与符号变量有关
//以下两种写法不同
int a;		a>>n;
unsigned int a;		a>>n;
//==============
int a=xxx;//a若为负数,则为死循环
while(a)
{
	a=a>>1;
}
//设置第5位为高,其他位不变
a=a|(0x1<<5); 		//a=a|(0x1<<n)
//清除第5位为低,其他位不变
a=a&(~(0x1<<5));	//a=a&(~(0x1<<n));
//异或交换a、b内容,无需引入第三个变量
a=a^b;
b=a^b;
a=a^b;

4.赋值运算符

- =     :幅值
- +=  :加赋值运算符。如a+=3+1,  等价于 a=a+(3+1)。

- -=  :减赋值运算符。如a-=3+1,  等价于 a=a-(3+1)。

- *=  :乘赋值运算符。如a*=3+1,  等价于 a=a*(3+1)。

- /=  :除赋值运算符。如a/=3+1,  等价于 a=a/(3+1)。

- %=  :取余赋值运算符。如a%=3+1, 等价于 a=a%(3+1)

5.内存访问符

  • ():限制符
    1、最常用的方式及用途就是改变确定优先级,增加code的可读性。
    2、函数访问:mian o
  • [ ]:数组
    可以看成数据访问的ID符号a[1]=100,元素的代号
  • {}:函数体的限制符
    struct XXXX{XXXXX}
  • ->与.:变量访问
  • &、*:取地址、取数据
    注意:在不同的环境中不同符号具有特定的意义,符号本身具有多种特性。
<think>我们正在讨论嵌入式系统中C语言运算符的使用。根据引用[1]和[2],C语言运算符是程序中执行各种操作的核心工具,涉及算术运算、逻辑判断、位操作等多个方面。在嵌入式系统中,由于资源受限,运算符的高效使用尤为重要。我将从以下几个方面详细解释嵌入式C语言运算符的使用:1.运算符的分类(根据引用[1])2.常用运算符嵌入式系统中的使用注意事项3.运算符嵌入式开发中的特殊应用(资源操作、寄存器配置等)4.运算符的优先级和结合性(避免错误)5.嵌入式开发运算符使用的优化技巧下面逐一展开:1.运算符分类(引用[1]和[2]):-算术运算符:`+`、`-`、`*`、`/`、`%`(取模)-关系运算符:`>`、`<`、`==`、`>=`、`<=`、`!=`-逻辑运算符:`&&`、`||`、`!`-位运算符:`&`(按位与)、`|`(按位或)、`~`(按位取反)、`^`(按位异或)、`<<`(左移)、`>>`(右移)-赋值运算符:`=`及其扩展赋值运算符(如`+=`、`-=`等)-其他运算符:条件运算符(`?:`)、逗号运算符(`,`)、指针运算符(`*`、`&`)、求字节数运算符(`sizeof`)、成员运算符(`.`、`->`)等2.常用运算符嵌入式系统中的注意事项:-算术运算符嵌入式系统中浮点运算可能较慢(尤其在没有FPU的处理器上),应尽量避免或使用定点数代替。-取模运算`%`:效率较低,在性能敏感场合,如果除数是2的幂次方,可用位与运算代替(例如:`a%8`等价于`a&0x07`)。-除法运算:整数除法效率也不高,同样,当除数为2的幂次方时,可用右移运算代替(例如:`a/4`等价于`a>>2`)。-关系运算符和逻辑运算符:常用于条件判断,注意短路特性(如`&&`和`||`)可以节省计算时间。-自增自减运算符(`++`、`--`):注意前缀和后缀的区别,避免在复杂表达式中使用以免产生未定义行为。3.运算符嵌入式开发中的特殊应用:嵌入式开发中经常需要直接操作硬件寄存器,位运算符尤为重要。例如:-设置某个位:使用或运算(`|`)```c//将寄存器REG的第3位置1(假设最低位为0)REG|=(1<<3);```-清除某个位:使用与运算(`&`)和取反(`~`)```c//将寄存器REG的第3位清零REG&=~(1<<3);```-切换某个位:使用异或运算(`^`)```c//切换寄存器REG的第3位REG^=(1<<3);```-检查某个位:使用与运算(`&`)```c//检查寄存器REG的第3位是否为1if(REG&(1<<3)){//该位为1}```4.运算符的优先级和结合性:运算符的优先级决定了表达式中运算的执行顺序,结合性决定了相同优先级运算符的执行顺序(从左到右或从右到左)。在嵌入式开发中,由于代码要求高可靠性,建议使用括号明确运算顺序,避免依赖复杂的优先级规则。5.嵌入式开发运算符使用的优化技巧:-使用位运算代替乘除法:在乘除2的幂次方时,使用移位运算(如`a<<3`代替`a*8`)。-避免不必要的浮点运算:使用整数运算或定点数运算。-利用逻辑运算符的短路特性:在条件判断中,将最可能快速确定结果的条件放在前面。-使用复合赋值运算符(如`+=`、`|=`等):使代码更简洁,有时编译器能生成更高效的代码。-注意`sizeof`运算符的使用(引用[3]):在计算变量大小时,`sizeof`在编译时求值,不会带来运行时开销。但要注意`sizeof`与`strlen`的区别(引用[3]中示例)。最后,引用[4]提到了成员运算符`.`和`->`,它们在结构体操作中非常重要,尤其在嵌入式开发中经常需要访问硬件寄存器的位域结构。示例:使用结构体和位域定义寄存器```ctypedefstruct{unsignedintmode:2;//2位unsignedinten:1;//1位unsignedint:1;//保留1位unsignedintclk:2;//2位}TimerReg;volatileTimerReg*constpTimer=(TimerReg*)0x40000000;//使用成员运算符设置寄存器pTimer->mode=1;pTimer->en=1;```总结:在嵌入式C语言中,运算符的使用要注重效率和正确性,特别是位运算符在硬件操作中的灵活应用,同时要注意避免因优先级和结合性导致的错误。§§相关问题§§1.嵌入式系统中如何优化算术运算以提高效率?2.位操作在嵌入式寄存器配置中的具体应用有哪些?3.如何避免C语言运算符优先级和结合性导致的错误?4.嵌入式C语言中,结构体成员运算符.和->)的使用有哪些注意事项?</think>### 嵌入式系统中C语言运算符使用详解 在嵌入式开发中,C语言运算符的高效使用直接影响代码性能和资源利用率。以下是关键分类及使用要点: #### 一、运算符分类与嵌入式应用 1. **位运算符(硬件操作核心)** - `& | ^ ~ << >>` 直接操作寄存器 - 示例:配置GPIO引脚 ```c // 设置PA5为输出(32位寄存器) GPIOA->MODER &= ~(0x3 << 10); // 清空第10-11位 GPIOA->MODER |= (0x1 << 10); // 设置输出模式 ``` - **优化技巧**:用移位代替乘除(`x << 3` 比 `x * 8` 更快) 2. **复合赋值运算符(资源敏感场景)** - `|= &= ^=` 实现原子位操作 - 示例:快速切换LED状态 ```c LED_PORT ^= (1 << LED_PIN); // 单条指令完成状态翻转 ``` 3. **sizeof运算符(内存优化关键)** - 动态计算结构体/数组大小(避免硬编码) - **与strlen区别**(引用[3]): ```c char buf[] = "Embedded"; sizeof(buf); // =9 (含&#39;\0&#39;) strlen(buf); // =8 (仅有效字符) ``` #### 二、嵌入式开发特殊技巧 1. **位域运算符.)** - 访问寄存器特定位(引用[4]): ```c typedef struct { uint32_t en : 1; // 使能位 uint32_t mode : 2; // 模式选择 } CtrlReg; CtrlReg->mode = 0x2; // 直接配置模式位 ``` 2. **三目运算符(?:)优化判断** - 替代简单if-else减少分支预测开销 ```c ADC_val = (temp > 100) ? MAX_VAL : raw_val; ``` 3. **指针运算符(* &)硬件访问** - 直接映射外设寄存器: ```c #define UART0 ((volatile uint32_t*)0x4000C000) UART0[0] = &#39;A&#39;; // 写入数据寄存器 ``` #### 三、重要注意事项 1. **优先级陷阱** - 位运算优先级低于关系运算: ```c if (status & 0xF == READY) // 错误!实际是 status & (0xF==READY) if ((status & 0xF) == READY) // 正确写法 ``` - **建议**:复杂表达式显式加括号 2. **副作用控制** - 避免在中断中使`++/--`(非原子操作) - 使用`volatile`修饰硬件相关变量 3. **浮点运算规避** - 无FPU的MCU中,用定点数替代浮点数 - 示例:`int temp = adc_val * 100 / 4096;` 替代浮点运算 > **嵌入式开发黄金法则**: > - 位操作 > 算术运算 > - 移位 > 乘除 > - 整型 > 浮点型 > - 显式优先级 > 隐式规则
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