【C】 16_位运算符分析

位运算符分析

• C 语言中的位运算符

位运算符直接对 bit 位进行操作，其效率最高！

• 左移和右移注意点

  • 左操作数必须为整数类型

    • char 和 short 被隐式转换为 int 后进行移位操作
  • 右操作数的范围为：[0, 31] （标准C语言规范，否则将得到不确定的结果，具体由编译器厂商决定）

  • 左移运算符 << 将运算数的二进制左移

    • 规则： 高位丢弃，低位补 0

  • 右移运算符 >> 将运算数的二进制右移

    • 规则： 高位补符号位，低位丢弃

0x1 >> 2 + 3 的值会是什么？ 原作者的本意究竟想表达什么？？

实例分析： 位运算符初探

#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("%d\n", 3 << 2);
    printf("%d\n", 3 >> 1);
    printf("%d\n", -1 >> 1);
    printf("%d\n", 0x01 << 2 + 3);
    
    return 0;
}

输出：
12
1
-1
32
分析：
3 << 2 ==> 11 << 2 ==> 1100 ==> 12
3 >> 1 ==> 11 >> 1 ==> 01   ==> 1
-1 >> 1 ==> 1111 1111 >> 1==> 1111 1111 >> -1
0x01 << 2 + 3 ==> 0x01 << (2 + 3) << 0x01 << 5 ==> 32

小贴士

• 防错准则：

  • 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
  • 当位运算符，逻辑运算符和数学运算符需要同时参与运算时，尽量使用括号 () 来表达计算次序

小技巧：

• 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 位相当于处以 2 的 n 次方，但效率比数学运算符高

编程实验： 交换两个整形变量的值

#include <stdio.h>

#define SWAP1(a, b)   \
{                     \
    int t = a;        \
    a = b;            \
    b = t;            \
}

#define SWAP2(a, b)   \
{                     \
    a = a + b;        \
    b = a - b;        \
    a = a - b;        \
}

#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;
}

输出：
a = 1
b = 2
a = 2
b = 1  

分析：
SWAP1 基础用法
SWAP2 基础用法，弊端，a + b 可能发生数据溢出，不安全
SWAP3 a = a ^ b; b = a ^ b;  ==> b = a ^ b ^ b ==> a ^ (b ^ b) ==> a ^ 0 ==> a 
      a = a ^ b; ==> a ^ b ^ b ==> a ^ b' ^ a == > b'
      

位运算与逻辑运算

• 位运算与逻辑运算不同：

  • 位运算没有短路规则，每个操作数都参与运算
  • 位运算的结果为整数，而不是 0 或 1
  • 位运算优先级高于逻辑运算优先级

实例分析：混淆的判断条件

#include <stdio.h>

void func_1()
{
    int i = 0;
    int j = 0;
    int k = 0;
    
    if( ++i | ++j & ++k)
    {
        printf("func_1() : Runc here...\n");
    }
}

void func_2()
{
    int i = 0;
    int j = 0;
    int k = 0;
    
    if( ++i || ++j && ++k)
    {
        printf("func_2() : Runc here...\n");
    }
}

int main()
{
    func_1();
    func_2();
}

输出：
func_1() : Runc here...
func_2() : Runc here...

分析：
func_1(); func_2(); 运行表现一致，但本质发生了不同操作，留下隐患。
func_1() 运行后， i = 1, j = 0, k = 0
func_2() 运行后， i = 1, j = 1, k = 1

小结

• 位运算符只能用于整数类型
• 左移和右移运算符的右操作数范围必须为[0, 31]
• 位运算符没有短路规则，所有操作数均会求值
• 位运算的效率高于四则运算和逻辑运算
• 运算优先级： 四则运算 > 位运算 > 逻辑运算

以上内容参考狄泰软件学院系列课程，请大家保护原创！