第16课 - 位运算符分析

第16课 - 位运算符分析

1. C语言中的位运算符

    

 C语言中的位运算符直接对 bit 位进行操作，其效率最高。

2. 左移和右移运算符的注意点

（1）左操作数必须为整型类型即char、short、int，其中char和short被隐式转换为int后进行移位操作。其它的数据类型，如float等不能进行移位操作。

（2）C标准规定右操作数的范围为[0，31]，如果右操作数不在该范围内，其行为是未定义的，不同的编译器处理方式不同。

（3）左移运算符 << 将运算数的二进制位左移      

　　  规则：高位丢弃，低位补0

（4）右移运算符 >> 将运算数的二进制位右移

　　  规则：高位补符号位（正数补0，负数补1），低位丢弃

（5）0x1 << 2 + 3 的值是什么？是1左移两位之后的值4 + 3 = 7吗？   ==>  注意，+ 的优先级大于 << 和 >> 的优先级，即0x1 << 5 等于32

（6）左移n位相当于乘以2的n次方，但效率比数学运算符高；右移n位相当于除以2的n次方，但效率比数学运算符高

【位运算符初探】

#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("%d\n", 3 << 2);   // 3 << 2  ==> 11 << 2 ==> 1100，即12
    printf("%d\n", 3 >> 1);   // 11 >> 1，即1
    printf("%d\n", -1 >> 10);       // -1 >> 10 ==> 11111111 11111111 11111111 11111111 >> 10  ==> 11111111 11111111 11111111 11111111 ，即0xffffffff，仍为-1
    printf("%d\n", 0x01 << 2 + 3);  // 相当于0x01 << (2+3)，即32
    
    printf("%d\n", 3 << -1);  // oops! 右操作数取值范围为[0,31]，-1不在该范围内，不同编译器处理方式不同
                              // 使用gcc编译，结果为1（将左移-1位当做右移1位，3右移1位结果为1）； 使用VS2010编译，结果为0（不符合C标准直接输出0）； 使用bcc32编译，结果为-2147483648（int类型的最小值，提醒程序员用法错误）
    return 0;
}

使用gcc编译执行上述代码 

  

※※ 避免位运算符、逻辑运算符和数学运算符同时出现在一个表达式中，如果确实需要同时参与运算，尽量使用括号( )来表达计算次序。

3. 交换两个整型变量的值

下面再介绍一下使用位运算符交换两个变量的值。

#include <stdio.h>

// 使用中间变量交换
#define SWAP1(a, b)    \
{                      \
    int t = a;         \
    a = b;             \
    b = t;             \
}

// 使用部分和交换
#define SWAP2(a, b)    \
{                      \
    a = a + b;         \  // a + b 的值不能溢出
    b = a - b;         \
    a = a - b;         \
}

//使用异或 ^ 交换
#define SWAP3(a, b)    \
{                      \
    a = a ^ b;         \
    b = a ^ b;         \
    a = a ^ b;         \
}

int main()
{
    int a = 1;
    int b = 2;
    
    
    printf("a = %d\n", a); 
    printf("b = %d\n", b); 
    
    SWAP3(a ,b);
    
    printf("a = %d\n", a); 
    printf("b = %d\n", b); 
    
    return 0;
}

  swj@ubuntu:~/c_course/ch_16$ ./a.out
  a = 1
  b = 2
  a = 2
  b = 1

4. 位运算与逻辑运算

（1）位运算没有短路规则，每个操作数都参与运算

（2）位运算的结果为整数，而不是 0 或 1

（3）位运算的优先级高于逻辑运算的优先级

【混淆概念的判断条件】

位运算

#include <stdio.h>

int main()
{
    int i = 0;
    int j = 0;
    int k = 0;
    
    // 位运算没有短路规则，所有操作数都参与运算
    if( ++i | ++j & ++k )
    {
        printf("Run here...\n");
    }
    
    printf("i = %d\n", i);   // 1
    printf("j = %d\n", j);   // 1
    printf("k = %d\n", k);   // 1

    return 0;
}

逻辑运算

#include <stdio.h>

int main()
{
    int i = 0;
    int j = 0;
    int k = 0;
    
    // 短路规则， (true && ++i) || (++j && ++k)
    if( ++i || ++j && ++k )
    {
        printf("Run here...\n");
    }
    
    printf("i = %d\n", i);  // 1
    printf("j = %d\n", j);  // 0
    printf("k = %d\n", k);  // 0

    return 0;
}