【C进阶】16、位运算符

Summary

1）C语言中的位运算符：

运算符	意义	规则
&	按位与	全1得1，有0得0
I	按位或	有1得1，全0得0
^	按位异或	相同为0，不同得1
~	取反	1变0, 0变1
<<	左移	高位丢弃，低位补0
·>>	右移	高位补符号位，低位舍弃

2）左移、右移的注意点：

• 左操作数必须是整数类型

  • char和short被隐式转换为int后进行操作
• 右操作数的范围必须为：[0,31]，否则结果未定义（不同编译器处理结果不同）
• 左移运算符<<将运算数的二进制位左移，效果相当于乘以2的n次方，效率更高
• 右移运算符>>将运算数的二进制位右移，效果相当于除以2的n次方，效率更高
• 避免位运算符、逻辑运算符、数学运算符等混合运算，如果必须这样，使用括号表示好计算顺序。（单算移比、按逻三赋）

3）位运算注意点：

• 位运算没有短路规则，每个操作数都会参与运算
• 位运算的结果是整数，而不是0或1
• 位运算的优先级高于逻辑运算（单算移比 按逻三赋）

4）交换两个整形变量的值:

• Demo1：部分和方式：不使用中间变量，但存在溢出的问题

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

• Demo2：位运算方式：使用异或（两个相同的值异或结果为0，任何数和0异或仍为本身）

  #define SWAP(a, b)    \
  {                     \
    a = a ^ b;          \
    b = a ^ b;          \
    a = a ^ b;          \
  }

位运算符剖析

C语言最初设计用来开发UNIX操作系统，操作系统运行于硬件平台之上，必然会涉及位运算，需要对硬件的bit位（0和1）进行操作。C语言中位运算直接映射到了硬件系统中的位运算。
位运算符直接对bit位进行操作，其效率最高。

1、C语言中的位运算符

运算符	意义	规则
&	按位与	全1得1，有0得0
I	按位或	有1得1，全0得0
^	按位异或	相同为0，不同得1
~	取反	1变0, 0变1
<<	左移	高位丢弃，低位补0
·>>	右移	高位补符号位，低位舍弃

2、左移和右移的注意点

• 左操作数必须是整数类型

  • char和short被隐式转换为int后进行操作
• 右操作数的范围必须为：[0,31]，否则结果未定义（不同编译器处理结果不同）
• 左移运算符<<将运算数的二进制位左移，效果相当于乘以2的n次方，效率更高

• 右移运算符>>将运算数的二进制位右移，效果相当于除以2的n次方，效率更高

  • Demo1

    d << 2;               // error, 左操作数必须是整型
    int x = 10 >> 1;      // ok，"右移等效除以2的n次方"，输出5
    int y = -1 << 1;      // ok，"左移等效乘以2的n次方"，输出-2
  
    int z = 3 << -1;      // -1不在[0,31]范围中，结果未定义，不同编译器不同处理
            // 编译器亦提示了错误：Possible overflow in shift operation
    
    // gcc 1，            左移-1相当于右移1，那就除以2，得到了1
    // bcc -2147483648，  int的最小值
    // vc 0，             本来就未定义，给你0把

• 避免位运算符、逻辑运算符、数学运算符等混合运算，如果必须这样，使用括号表示好计算顺序。（单算移比、按逻三赋）

  • Demo2

  0x1 << 2 + 3 输出多少？
  等价于 0x1 << (2 + 3)，输出为32
  
  // 如果这行代码作者本意是先左移，再加法，实际执行结果就不是期望的
  // 所以在写代码时要尽量用括号()来表示清楚计算次序

3、位运算注意点

• 位运算没有短路规则，每个操作数都会参与运算
• 位运算的结果是整数，而不是0或1

• 位运算的优先级高于逻辑运算（单算移比 按逻三赋）

  int i = 0;
  int j = 0;
  int k = 0;
  
  if(++i | ++j & ++k)        // 所有的运算数都会执行到，因此i j k判断后都为1
    printf("cc");

4、 位运算应用简单示例

交换两个整形变量的值

• Demo1：部分和方式：不使用中间变量，但存在溢出的问题

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

• Demo2：位运算方式：使用异或（两个相同的值异或结果为0，任何数和0异或仍为本身）

  #define SWAP(a, b)    \
  {                     \
    a = a ^ b;          \
    b = a ^ b;          \
    a = a ^ b;          \
  }

本文总结自“狄泰软件学院”唐佐林老师《C语言进阶课程》。
如有错漏之处，恳请指正。