C语言操作符超详细讲解上篇

前言

操作符主要内容包括：各种操作符的介绍，用表达式求值。

1、操作符的分类

• 算术操作符
• 移位操作符
• 位操作符
• 赋值操作符
• 单目操作符
• 关系操作符
• 逻辑操作符
• 条件操作符
• 逗号表达式
• 下标引用、函数调用和结构成员

2、算术操作符

 +  -  *  /  %  （加法 减法 乘法 取余 取模）

int main()
{
	int a = 9 / 2;//4
	float b = 9 / 2;
	int c = 9.0 / 2;
	float d = 9.0 / 2;//4.5
	float e = (float)9.0 / 2;

	printf("%d\n", a);
	printf("%f\n", b);
	printf("%d\n", c);
	printf("%f\n", d);
	printf("%f\n", e);
	return 0;
}

运行结果见下图：

通过例子可发现，变量的类型使用错误的话，结果也是错误的

• 除了 % 操作符之外，其他的几个操作符可以作用于整数和浮点数
• 对于 / 操作符如果两个操作数都为整数，执行整数除法。而只要有浮点数执行的就是浮点数除法
• % 操作符的两个操作数必须为整数。返回的是整除之后的余数

3、移位操作符

移位操作符的操作数只能是整数

<< 左移操作符
>> 右移操作符

3.1 左移操作符

• 移位规则：左边抛弃、右边补0
• 整数是 int 型，占4个字节，有32位表示。其中最高位表示符号，0为正，1为负
• 整数在内存中存储的是补码的二进制，正数的原码、反码、补码是相同的
• 操作符对整数操作的流程：

（1）先将整数的原码转换成反码

（2）反码 +1转换成补码

（3）最后对整数的补码进行操作

（4）操作结束后，将操作后的补码 -1 转换成反码

（5）将反码转换成最终的原码

• 函数printf打印的是整数的原码

3.1.1 正数左移1位

代码如下（示例）：

int main()
{
	int a = 5;
	int b = a << 1;//操作的补码二进制位，a本身结果不变
	printf("%d\n", a);//打印5
	printf("%d\n", b);// -10
	return 0;
}

结果运行见下图，与分析的结果一致，左移1位的效果相当于乘以2，左移在51单片机、STM32中，操作寄存器会经常用到。

3.1.2 负数左移1位

int main()
{
	int a = -5;
	int b = a << 1;//<< >> 操作的二进制位
	printf("%d\n", a);//打印-5
	printf("%d\n", b);// -10
	return 0;
}

运行结果见下图，和分析的结果一致

3.2 右移操作符

右移移位规则运算分两种：

• 逻辑移位：左边用0填充，右边丢弃
• 算术移位：左边用原该值的符号位填充，右边丢弃

3.2.1 正数右移1位

int main()
{
	int a = 5;
	int b = a >> 1;//右移不一定是除2

	printf("%d\n", a);//打印-5
	printf("%d\n", b);// -3
	return 0;
}

下面分析右移的过程：正数的原码、反码、补码一样

00000000 00000000 00000000 00000101 //5的二进制补码
//算术右移：左边用原该值的符号位1填充，右边丢弃1
00000000 00000000 00000000 00000010 //右移后的补码
//右移后的补码就是右移后的原码  2

结果见下图：

3.2.2 负数右移1位

int main()
{
	int a = -5;
	int b = a >> 1;//右移不一定是除2

	printf("%d\n", a);//打印-5
	printf("%d\n", b);// -3
	return 0;
}

下面分析右移的过程：

10000000 00000000 00000000 00000101 //-5的二进制原码
11111111 11111111 11111111 11111010 //反码
11111111 11111111 11111111 11111011 //补码：反码+1
//算术右移：左边用原该值的符号位1填充，右边丢弃1
11111111 11111111 11111111 11111101 //右移后的补码
11111111 11111111 11111111 11111100 //反码：补码-1
10000000 00000000 00000000 00000011 //原码  -3

结果见下图：

3.3 移位操作符说明

注意事项：

• 右移操作符采用逻辑移位还是算术移位，取决于电脑编译器，我的是算术移位，所以举例以算术移位分析的，逻辑移位分析流程一样
• 对于移位运算符，不要移动负数位，这个是标准未定义的，例如：

int num = 10;
num>>-1;//10右移-1位，这是错误的表达

4、位操作符

位操作符有：

& //按位与     相同为1， 相异为0
| //按位或     有1为1， 全0为0
^ //按位异或    相同为0， 相异为1
//注：他们的操作数必须是整数

int main()
{
	int a = 3;
	int b = -5;
	int c = a & b;
	int d = a | b;
	int e = a ^ b;//异或
	//对应的二进制位：相同位0，相异为1
	printf("%d\n", c);// 打印3
	printf("%d\n", d);// -5
	printfan("%d\n", e);// -8	
	return 0;
}

00000000 00000000 00000000 00000011   3的补码
11111111 11111111 11111111 11111011   -5的补码
//按位与：  相同为1， 相异为0
00000000 00000000 00000000 00000011    3的补码，原码表示3
//按位或：   有1为1， 全0为0
11111111 11111111 11111111 11111011   -5的补码，原码表示-5
//按位异或： 相同为0， 相异为1
11111111 11111111 11111111 11111000  补码
11111111 11111111 11111111 11110111  反码
10000000 00000000 00000000 00001000  原码 -8

输出结果见下图，与分析一致：

4.1 练习 1

不能创建临时变量（第三个变量），实现两个数的交换

int main()
{
	int a = 3;
	int b = 5;

	printf("a=%d b=%d\n", a, b);
	//第一种，常用的方法，创建中间变量
	int tmp = a;
	a = b;
	b = tmp;	
	//第二种，不创建变量
	a = a + b;
	b = a - b;
	a = a - b;
	//第三种，不创建变量，很难想到
	a = a ^ b;
	b = a ^ b;
	a = a ^ b;
	printf("a=%d b=%d\n", a, b);
	return 0;
}

4.2 练习 2

求一个整数存储在内存中的二进制中1的个数

//举例： 5   &1， 然后右移1位， 再&1
//00000000 00000000 00000000 00000101
//00000000 00000000 00000000 00000001

int main()
{
	int num = 0;
	scanf("%d", &num);
	int i = 0;
	int cnt = 0;
	//位操作
	for ( i = 0; i < 32; i++)
	{//每次右移一位就 &1
		if (1==((num>>i)&1))
		{
			cnt++;//所有位与1，相同为1，相异为0
		}
	}
	printf("%d", cnt);
	return 0;
}

总结

本文对部分操作符进行了，介绍，也分析了操作符的具体实现过程，这里了解原理即可，具体运算交给计算机执行，没必要每个都自己画图分析，耗时，不细心可能还会出错，32位二进制建议大家划分成4个字节，8位一组，好看一些，这在STM32 单片机对寄存器操作时，经常这样划分，一目了然。

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