C语言详细讲解位运算符的使用
时间：2022-10-04 10:51:25 | 栏目：C代码 | 点击：次
一、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。
| & | 按位与 |
| | | 按位或 |
| ^ | 按位异或 |
| ~ | 取反 |
| << | 左移 |
| >> | 右移 |
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
右操作数的范围必须为：[0,31]
左移运算符<< 将运算数的二进制位左移
- 规则：高位丢弃，低位补0
右移运算符>> 把运算数的二进制位右移
- 规则︰高位补符号位，低位丢弃
下面一段代码：
#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);
printf("%d\n", 3 << -1); // oops!
return 0;
}
下面为输出结果：
注意四则运算优先级大于位运算，所以 0x01 << 2 + 3 的结果是 32。 还有就是右操作数的范围必须为：[0,31]，如果不在这个范围内，程序的输出结果由不同类型的编译器所决定，结果将不确定，就像本代码 3 << -1 一样。
二、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 位相当于除以 2 的 n 次方，但效率比数学运算符高
下面看一段交换两个整型变量值的代码：
#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);
SWAP1(a,b);
printf("a = %d\n", a);
printf("b = %d\n\n", b);
a = 1;
b = 2;
SWAP2(a,b);
printf("a = %d\n", a);
printf("b = %d\n\n", b);
a = 1;
b = 2;
SWAP3(a,b);
printf("a = %d\n", a);
printf("b = %d\n\n", b);
return 0;
}
第一种方法需要引入第三方变量，第二种方法可能会导致越界问题，第三种的方法效率较高，且不用引入第三方变量。
注意第三种方法：执行 a = a ^ b; 后，b = a ^ b; 就相当于 b = a ^ b ^ b; 先计算后面的，就是 b = a ^ 0，结果就是 b = a；再执行a = a ^ b;相当于 a = a ^ b ^ b，即 a = a ^ b ^ a，显然结果是 b。
小知识：
A 异或 0 等于 A ，A 异或 1 等于 非A。
三、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
下面再来看一个混淆改变的判断条件：
#include <stdio.h>
int main()
{
int i = 0;
int j = 0;
int k = 0;
if( ++i | ++j & ++k )
{
printf("Run here...\n");
}
printf("i = %d, j = %d, k = %d\n\n", i, j, k);
i = 0;
j = 0;
k = 0;
if( ++i || ++j && ++k )
{
printf("Run here...\n");
}
printf("i = %d, j = %d, k = %d\n\n", i, j, k);
return 0;
}
下面为输出结果：
可以看到，如果错把++i || ++j && ++k 写成++i | ++j & ++k，虽然都能运行，但是其中的执行细节不一样，在实际工程中可能会出现 bug，而且还不好排查。
四、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