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
区分逻辑与和按位与
区分逻辑或和按位或
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
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） 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;
} 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;
} 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。