C语言初阶⑥(操作符详解)编程作业(算数转换)

知识点

移位操作符

移位运算符可以在二进制的基础上对数字进行平移。

<< 左移操作符

>> 右移操作符

移位操作符的操作数只能是整数。

左移操作符

移位规则:

左边抛弃、右边补0

右移操作符

移位规则:

首先右移运算分两种:

1. 逻辑移位

左边用0填充,右边丢弃

2. 算术移位

左边用原该值的符号位填充,右边丢弃

#include
int main()
{
    // 移位操作符 移动的是它的二进制位
    // << 左移
    int a = 1;
    // 整形1占4个字节-32bit位
    // 0000000000000000000000000000001
    int b = a << 1;
    // 0000000000000000000000000000010  左边丢弃,右边补0 相当于乘2
    printf("a = %d\n", a);
    printf("b = %d\n", b);

    // >> 右移
    int c = 8;
    // 0000000000000000000000000001000
    int d = c >> 1;
    // 0000000000000000000000000000100 左边用原该值的符号位填充,右边丢弃 相当于除2
    printf("c = %d\n", c);
    printf("d = %d\n", d);

    return 0;
}

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。

位操作符

& 按位与

| 按位或

^ 按位异或:相同为0不同为1

注:他们的操作数必须是整数。

sizeof操作符补充

sizeof 操作数的类型长度(以字节为单位)

int a=1;

printf("%d\n", sizeof a);//这样写可以,(说明sizeof不是函数)

printf("%d\n", sizeof int);//这样不可以

#include
int main()
{
    short a = 3;
    int b = 5;
    printf("%d\n", sizeof(a = b + 2));
    printf("%d\n", a);
    //打印结果是2和3,因为sizeof后面的式子不参加运算,直接算了a的类型的大小就结束了
    return 0;
}
#include 
void test1(int arr[])
{
    printf("%d\n", sizeof(arr));//(2)   4/8
}
void test2(char ch[])
{
    printf("%d\n", sizeof(ch));//(4)   4/8  因为传过来的是地址
}
int main()
{
    int arr[10] = { 0 };
    char ch[10] = { 0 };
    printf("%d\n", sizeof(arr));//(1)  40
    printf("%d\n", sizeof(ch));//(3)   10
    test1(arr);
    test2(ch);
    return 0;
}
//问:
//(1)、(2)两个地方分别输出多少?
//(3)、(4)两个地方分别输出多少?

原码,反码,补码

正数原码,反码,补码相同

负数反码:原码符号位(32位左边第一位)不变其它位按位取反

负数补码:反码+1

~ 对一个数的二进制按位取反

负数在计算机里存的是补码

-1的补码全是1

~(-1)就是0

逻辑运算符

区分逻辑与按位与

区分逻辑或按位或

1&2----->0

1&&2---->1

1|2----->3

1||2---->1

360笔试题

#include 
int main()
{
    int i = 0,a=0,b=2,c =3,d=4;
    i = a++ && ++b && d++;
    printf("a = %d\n b = %d\n c = %d\nd = %d\n", a, b, c, d);
    return 0;
}
//程序输出的结果是什么?  忽略换行就是1 2 3 4(因为(a++先使用后++)&&0后,后面的式子就不算了)

逗号表达式

逗号表达式,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(计算)。整个表达式的结果是最后一个表达式的结果。

a = get_val();
count_val(a);
while (a > 0)
{
         //业务处理
        a = get_val();
        count_val(a);
}
如果使用逗号表达式,改写:
while (a = get_val(), count_val(a), a>0)
{
         //业务处理
}

三目操作符(也叫条件操作符)

语法:

exp1成立,exp2计算,整个表达式的结果是:exp2的结果。

exp1不成立,exp2计算,整个表达式的结果是:exp3的结果。

#include
int main()
{
    //exp1成立,exp2计算,整个表达式的结果是:exp2的结果
    //exp1不成立,exp3计算,整个表达式的结果是exp3的结果
    int a = 0;
    int b = 3;
    int max = 0;
    max = a > b ? a : b;
    /* 等价于
    if(a > b) 
    {
        max = a;
    } else 
    {
        max = b;
    }
    */
    printf("max = %d", max);//3
    return 0;
}

下标引用、函数调用和结构成员

1. [ ] 下标引用操作符

操作数:一个数组名 + 一个索引值

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

3. 访问一个结构的成员

. 结构体.成员名

-> 结构体指针->成员名

#include 
struct Stu
{
    char name[10];
    int age;
    char sex[5];
    double score;
};
int main()
{
    struct Stu stu;//创建一个 struct Stu型的变量stu
    struct Stu* pStu = &stu;//创建一个struct Stu*的指针:pStu

    stu.age = 20;//结构成员访问

    pStu->age = 20;//结构成员访问

    return 0;
}

表达式求值

表达式求值的顺序一部分是由操作符的优先级和结合性决定。

同样,有些表达式的操作数在求值的过程中可能需要转换为其他类型。

隐式类型转换

C的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,表达式中的字符和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)的操作数的字节长度

一般就是int的字节长度,同时也是CPU的通用寄存器的长度。

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长度。

通用CPU(general-purpose CPU)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,表达式中各种长度可能小于int长度的整型值,

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。

//实例1

char a,b,c;

...

a = b + c;

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

整形提升是按照变量的数据类型的符号位来提升的

负数的整形提升

char c1 = -1;

变量c1的二进制位(补码)中只有8个比特位:

1111111

因为 char 为有符号的 char

所以整形提升的时候,高位补充符号位,即为1

提升之后的结果是:

11111111111111111111111111111111

正数的整形提升

char c2 = 1;

变量c2的二进制位(补码)中只有8个比特位:

00000001

因为 char 为有符号的 char

所以整形提升的时候,高位补充符号位,即为0

提升之后的结果是:

00000000000000000000000000000001

无符号整形提升,高位补0

#include
int main()
{
    //char --> signed char
    char a = 3;
    //截断
    //00000000000000000000000000000011
    //00000011 - a

    char b = 127;
    //截断
    //00000000000000000000000001111111
    //01111111 - b    

    char c = a + b;
    //00000011
    //01111111
    //整型提升
    //00000000000000000000000000000011
    //00000000000000000000000001111111

    //加起来:
    //00000000000000000000000010000010
    //10000010 - c    然后也只要后八位

    printf("%d\n", c);//-126
    //%d 是打印十进制的整数,再次整型提升,然后求原码打印
    //因为高位是符号位,所以:
    //11111111111111111111111110000010 - 补码:计算机存的
    // 负数补码 = 反码 + 1 所以“
    //11111111111111111111111110000001 - 反码 = 补码 - 1
    //10000000000000000000000001111110 - 原码:反码符号位不变,其它位按位取反:-126
    return 0;
}

证明整形提升存在的例子

#include
int main()
{
    char a = 0xb6;
    short b = 0xb600;
    int c = 0xb6000000;

    if (a == 0xb6)//10110110
        printf("a");
    if (b == 0xb600)
        printf("b");
    if (c == 0xb6000000)
        printf("c");

    //打印了c
    return 0;
}

例中的a, b要进行整形提升, 但是c不需要整形提升,a, b整形提升之后, 变成了负数, 所以表达式 a == 0xb6, b == 0xb600 的结果是假, 但是c不发生整形提升, 则表达式 c == 0xb6000000 的结果是真,所以只打印c

#include
int main()
{
    char c = 1;
    printf("%u\n", sizeof(c));//1
    printf("%u\n", sizeof(+c));//4
    printf("%u\n", sizeof(-c));//4
    return 0;
}

例中的, c只要参与表达式运算, 就会发生整形提升, 表达式 + c, 就会发生提升, 所以 sizeof(+c) 是4个字节,

表达式 - c 也会发生整形提升, 所以 sizeof(-c) 是4个字节, 但是 sizeof(c), 就是1个字节.

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

long double

double

float

unsigned long int

long int

unsigned int

int

如果某个操作数的类型在上面这个列表中排名较低,那么首先要转换为另外一个操作数的类型后执行运算。

警告:但是算术转换要合理,要不然会有一些潜在的问题。

操作符的属性

复杂表达式的求值有三个影响的因素。

1. 操作符的优先级

2. 操作符的结合性

3. 是否控制求值顺序。

两个相邻的操作符先执行哪个?取决于他们的优先级。如果两者的优先级相同,取决于他们的结合性。

问题表达式

//表达式1

a*b + c*d + e*f

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。当abcdef是一个表达式时就会发生错误

//表达式2

c + --c;

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。

//表达式3-非法表达式

#include
int main()
{
    int i = 10;
    i = i-- - --i * (i = -3) * i++ + ++i;
    printf("i = %d\n", i);
    return 0;
    //在不同编译器中测试结果各不相同
}

//表达式4

#include
int fun()
{
    static int count = 1;
    return ++count;
}
int main()
{
    int answer;
    answer = fun() - fun() * fun();
    printf("%d\n", answer);//输出多少?
    return 0;
}
//虽然在大多数的编译器上求得结果都是相同的。
//但是上述代码 answer = fun() - fun() * fun(); 中我们只能通过操作符的优先级得知:先算乘法,
//再算减法。
//函数的调用先后顺序无法通过操作符的优先级确定。

//表达式5

#include 
int main()
{
    int i = 1;
    int ret = (++i) + (++i) + (++i);
    printf("%d\n", ret);
    printf("%d\n", i);
    return 0;
}
//尝试在linux 环境gcc编译器,VS2022环境下都执行,看结果。

linux 10 4 vs 12 4

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。

总结我们写出的表达式如果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问题的。

作业1

  1. 二进制中1的个数

【题目内容】

编写代码实现:求一个整数存储在内存中的二进制中1的个数。

写一个函数返回参数二进制中 1 的个数。

比如: 15 0000 1111 4 个 1

法一:

//循环进行以下操作,直到n被缩减为0:
//1. 用该数据模2,检测其是否能够被2整除(二进制模2除2与十进制模10除10意思一样)
//2. 可以:则该数据对应二进制比特位的最低位一定是0,否则是1,如果是1给计数加1
//3. 如果n不等于0时,继续
#include
int return1(unsigned int n)//如果限制是int,负数就不能用
{
    int count = 0;
    while (n)
    {
        if (n % 2 == 1)
        {
            count++;
        }
        n = n / 2;
    }
    return count;
}
//此方法缺陷:进行了大量的取模以及除法运算,取模和除法运算的效率本来就比较低。
int main()
{
    int a = 0;
    scanf("%d", &a);
    printf("%d", return1(a));
    return 0;
}

法二:

//一个int类型的数据,对应的二进制一共有32个比特位,可以采用位运算的方式一位一位的检测,具体如下
#include
int return1(int n)
{
    int count = 0;
    for (int i = 0;i <= 31;i++)
    {
        if ((1 << i) & n)
        {
            count++;
        }
    }
    return count;
}
//优点:用位操作代替取模和除法运算,效率稍微比较高
//缺陷:不论是什么数据,循环都要执行32次
int main()
{
    int a = 0;
    scanf("%d", &a);
    printf("%d", return1(a));
    return 0;
}

法三:

//采用相邻的两个数据进行按位与运算
//举例:
//n&(n-1)
//n=15
//1111  n
//1110  n-1
//1110  n
//1101  n-1
//1100  n
//1001  n-1
//1000  n
//0111  n-1
//0000 n

//可以观察下:此种方式,数据的二进制比特位中有几个1,循环就循环几次,而且中间采用了位运算,处理起来比较高效
#include
int return1(int n)
{
    int count = 0;
    while (n)
    {
        n = n & (n - 1);
        count++;
    }
    return count;
}
int main()
{
    int a = 0;
    scanf("%d", &a);
    printf("%d", return1(a));
    return 0;
}
//此时判断一个数是否是2的n次方(二进制只有一个1)就可以这样用:
//n(n-1)==0
//(相当于去掉一个1)
  1. 求两个数二进制中不同位的个数

【题目内容】

编程实现:两个int(32位)整数m和n的二进制表达中,有多少个位(bit)不同?

输入例子:

1999 2299

输出例子:7

(先看第1题)

代码:

#include
int return1(int n)
{
    int count = 0;
    while (n)
    {
        n = n & (n - 1);
        count++;
    }
    return count;
}
int main()
{
    int m = 0, n = 0;
    scanf("%d%d", &m, &n);
    int a = m ^ n;//异或,不同那一位就为1
    printf("%d", return1(a));
    return 0;
}
  1. 打印整数二进制的奇数位和偶数位

【题目内容】

获取一个整数二进制序列中所有的偶数位和奇数位,分别打印出二进制序列

代码:

#include
int main()
{
    int n = 0;
    scanf("%d", &n);
    printf("奇数位:\n");
    for (int i = 30;i >= 0;i -= 2)
    {
        printf("%d ", 1 & (n >> i));
    }
    printf("\n偶数位:\n");
    for (int i = 31;i >= 1;i -= 2)
    {
        printf("%d ", 1 & (n >> i));
    }
    return 0;
}
  1. 交换两个变量(不创建临时变量)

【题目内容】

不允许创建临时变量,交换两个整数的内容

法一:(可能会溢出)

#include
int main()
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    printf("交换前:a = %d b = %d\n", a, b);
    a = a + b;
    b = a - b;
    a = a - b;
    printf("交换后:a = %d b = %d\n", a, b);
    return 0;
}

法二:(异或)

#include
int main()
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    printf("交换前:a = %d b = %d\n", a, b);
    a = a ^ b;
    b = a ^ b;
    a = a ^ b;
    printf("交换后:a = %d b = %d\n", a, b);
    return 0;
}

本篇完。

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