目录
1. ⼆进制介绍
2. 原码、反码、补码
3. 移位操作符
4. 位操作符:&、|、^
5. 逗号表达式
6. 下标访问[]、函数调⽤()
7. 操作符的属性:优先级、结合性
8. 整型提升
9. 算术转换
10. 表达式求值
正文开始:
1. ⼆进制
其实我们经常能听到2进制、8进制、10进制、16进制这样的讲法,那是什么意思呢?其实2进制、8进 制、10进制、16进制是数值的不同表⽰形式⽽已。
如:数值15的各种进制的表⽰形式:
我们重点介绍⼀下⼆进制:
其实⼆进制也是⼀样的
二进制:
逢2进1
2进制的数字每⼀位都是0~1的数字组成
那么 1101 就是⼆进制的数字了。
1.1 2进制转10进制
其实10进制的123表⽰的值是⼀百⼆⼗三,为什么是这个值呢?其实10进制的每⼀位是权重的,10进 制的数字从右向左是个位、⼗位、百位....,分别每⼀位的权重是 10 ^ 0,10 ^ 1 ,10 ^ 2 ...、
如下图:
其实进制之间的转换也有相应的规律,具体情况请看下文:
1.1.1 10进制转2进制数字
1.2 2进制转8进制和16进制
1.2.1 2进制转8进制
8进制的数字每⼀位是0~7的,0~7的数字,各⾃写成2进制,最多有3个2进制位就⾜够了,⽐如7的⼆ 进制是111,所以在2进制转8进制数的时候,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开好头的数组,会被当做8进制。
1.2.2 2进制转16进制
16进制的数字每⼀位是0~9,a~f的,0~9,a~f的数字,各⾃写成2进制,最多有4个2进制位就⾜够了, ⽐如f的⼆进制是1111,所以在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
2. 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
三种表⽰⽅法均有符号位和数值位两部分,符号位都是⽤0表⽰“正”,⽤1表⽰“负”,⽽数值位最⾼位的⼀位是被当做符号位,剩余的都是数值位。
也就是说第一位是符号位0正1负,其他的都是数值位,当然这里不涉及小数。
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。
对于整形来说:数据存放内存中其实存放的是补码(在内存中存放的是补码)。
为什么要存补码呢?
在计算机系统中,数值⼀律⽤补码来表⽰和存储。原因在于,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。
这里就是解释为什么原码补码可以相互转换,而且步骤都是一样的。
原码转补码 取反加一
补码转原码 取反加一
3. 移位操作符
<< 左移操作符 联想记忆法 ←
>> 右移操作符 →
注:移位操作符的操作数只能是整数。
3.1 左移操作符
移位规则:左边抛弃、右边补0
这个代码大家可以看看a是多少?
答案是10,没有改变,仔细看就会发现只是改变了b,a<<1,a>>1,a本身没有改变。
上面那个例子是没有改变的,这个是改变的。
3.2 右移操作符
移位规则:⾸先右移运算分两种:
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
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。
a>-1,a向右移动-1位,计算机也不知道该怎么移,切勿想当然,向右移动是正,那我向右移动-1,就是向左移动1位了,这是大错特错。
4. 位操作符:&、|、^、~
位操作符有:
直接上代码:
由于是按位,所以这里必须转换成二进制补码,然后一一对应。
按位与:全1为1,有0出0
按位或:有1出1,全0出0
按位异或:相同为0,不同为1
按位非:就是取反,1变0,0变1.
⼀道变态的⾯试题:
不能创建临时变量(第三个变量),实现两个数的交换。
这个是没有一点毛病的
这个使用按位逻辑的例子
5. 逗号表达式
号表达式,就是⽤逗号隔开的多个表达式。
逗号表达式,从左向右依次执⾏。整个表达式的结果是最后⼀个表达式的结果。
6. 下标访问[]、函数调⽤()
6.1 [ ] 下标引⽤操作符 操作数:⼀个数组名+⼀个索引值
6.2 函数调⽤操作符
接受⼀个或者多个操作数:第⼀个操作数是函数名,剩余的操作数就是传递给函数的参数。
7. 操作符的属性:优先级、结合性
C语⾔的操作符有2个重要0属性:优先级、结合性,这两个属性决定了表达式求值的计算顺序。
7.1 优先级
优先级指的是,如果⼀个表达式包含多个运算符,哪个运算符应该优先执⾏。各种运算符的优先级是 不⼀样的。
上⾯⽰例中,表达式 3 + 4 * 5 ⾥⾯既有加法运算符( + ),⼜有乘法运算符( * )。由于乘法 的优先级⾼于加法,所以会先计算 4 * 5 ,⽽不是先计算 7.2 结合性 3 + 4 。
7.2 结合性
如果两个运算符优先级相同,优先级没办法确定先计算哪个了,这时候就看结合性了,则根据运算符 是左结合,还是右结合,决定执⾏顺序。⼤部分运算符是左结合(从左到右执⾏),少数运算符是右 结合(从右到左执⾏),⽐如赋值运算符( = )。
左结合:从左到右执⾏
右结合:从右到左执行
* 和 / 的优先级相同,它们都是左结合运算符,所以从左到右执⾏,先计算 上⾯⽰例中, 再计算 5 * 6 , 6 / 2 。运算符的优先级顺序很多,下⾯是部分运算符的优先级顺序(按照优先级从⾼到低排 列),建议⼤概记住这些操作符的优先级就⾏,其他操作符在使⽤的时候查看下⾯表格就可以了。
C 运算符优先级
下表列出 C 运算符的优先级和结合性。运算符从高到低以降序列出。
详情请参考这个地址:https://zh.cppreference.com/w/c/language/operator_precedence
8. 表达式求值
8.1 整型提升
C语⾔中整型算术运算总是⾄少以缺省整型类型的精度来进⾏的。
为了获得这个精度,表达式中的字符和短整型操作数在使⽤之前被转换为普通整型,这种转换称为整 型提升。
整型提升的意义:
表达式的整型运算要在CPU的相应运算器件内执⾏,CPU内整型运算器(ALU)的操作数的字节⻓度⼀般就是int的字节⻓度,同时也是CPU的通⽤寄存器的⻓度。
因此,即使两个char类型的相加,在CPU执⾏时实际上也要先转换为CPU内整型操作数的标准⻓ 度。
这里因为CPU里面的内存实际上提前已经分配好了,是以int型作为标准,进行内存管理。
通⽤CPU(general-purposeCPU)是难以直接实现两个8⽐特、字节直接相加运算(虽然机器指令中 可能有这种字节相加指令)。所以,表达式中各种⻓度可能⼩于int⻓度的整型值,都必须先转换为 int或unsigned int,然后才能送⼊CPU去执⾏运算。
b和c的值被提升为普通整型,然后再执⾏加法运算。
加法运算完成之后,结果将被截断,然后再存储于a中。
如何进⾏整体提升呢?
1. 有符号整数提升是按照变量的数据类型的符号位来提升的
也就是高位补符号位
2. ⽆符号整数提升,⾼位补0
8.2 算术转换
如果某个操作符的各个操作数属于不同的类型,那么除⾮其中⼀个操作数的转换为另⼀个操作数的类 型,否则操作就⽆法进⾏。下⾯的层次体系称为寻常算术转换。
如果某个操作数的类型在上⾯这个列表中排名靠后,那么⾸先要转换为另外⼀个操作数的类型后执⾏运算。
优先级低的先转换,优先级低的转换正优先级高的,从而进行计算。
8.3 问题表达式解析
8.3.1 表达式1
表达式1在计算的时候,由于 * ⽐ + 的优先级⾼,只能保证, * 的计算是⽐ + 早,但是优先级并不 能决定第三个 * ⽐第⼀个 + 早执⾏。
所以表达式的计算机顺序就可能是:
或者
8.3.2 表达式2
同上,操作符的优先级只能决定⾃减- 的运算在 + 的运算的前⾯,但是我们并没有办法得知, + 操 作符的左操作数的获取在右操作数之前还是之后求值,所以结果是不可预测的,是有歧义的。
8.3.3 表达式3
看看同样的代码产⽣了不同的结果,这是为什么?
简单看⼀下汇编代码,就可以分析清楚.
这段代码中的第⼀个 + 在执⾏的时候,第三个++是否执⾏,这个是不确定的,因为依靠操作符的优先 级和结合性是⽆法决定第⼀个 + 和第三个前置 ++ 的先后顺序。
总结
即使有了操作符的优先级和结合性,我们写出的表达式依然有可能不能通过操作符的属性确定唯⼀的 计算路径,那这个表达式就是存在潜在⻛险的,建议不要写出特别负责的表达式
毅力和坚持常常不是看谁更能吃苦,而是看谁把事情的本质看得更透彻,以至于他心中的希望从来不会熄灭