“操作符大揭秘:一篇文章让你秒懂所有!”

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

                                                

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