《C语言解惑》一1.4　二进制位操作符

xiaoxiao2024-06-05 100

本节书摘来自异步社区《C语言解惑》一书中的第1章，第1.4节，作者傅道坤，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看

谜题1.4　二进制位操作符请问，下面这个程序的输出是什么？

define PRINT(int) printf(#int " = %d\n", int) main() { 　 int x,　y,　z; 　 x = 03; y = 02; z = 01; 　 PRINT( x | Y & z );　　　　　　　　　　　　(1.4.1) 　 PRINT( x | y & ~ z );　　　　　　　　　　(1.4.2) 　 PRINT( x ^ y & ~ z );　　　　　　　　　　(1.4.3) 　 PRINT( x & y && z );　　　　　　　　　　　(1.4.4) 　 x = 1; y = -1; 　 PRINT( ! x | x );　　　　　　　　　　　　　　(1.4.5) 　 PRINT(　~ x | x );　　　　　　　　　(1.4.6) 　 PRINT( x ^ x );　　　　　　　　　　　　　(1.4.7) 　 x <<= 3; PRINT(x);　　　　　　　　　　　　　　(1.4.8) 　 y <<= 3; PRINT(y);　　　　　　　　　　　　　　(1.4.9) 　 y >>= 3; PRINT(y);　　　　　　　　　　　　　　(1.4.10) }

输出：

x | y & z = 3　　　　(1.4.1) x | y & ~ z = 3　　　　　　　　(1.4.2) x ^ y & ~ z = 1　　　　　　　　　　(1.4.3) x & y && z = 1　　　　　　 (1.4.4) ! x | x = 1　　　　　 (1.4.5) ~ x | x = -1　　　　 (1.4.6) x ^ x = 0　　　　　　 (1.4.7) x = 8　　　　　　　　　(1.4.8) y = -8　　　　　　　　(1.4.9) y = ?　　　　　　　　　(1.4.10)

解惑1.4　二进制位操作符

1.4.1

初始值：x = 03, y = 02, z = 01

x | y & z　　在C语言里，以零（0）开头的整数常数是八进制数值。因为八进制很容易转换为二进制，所以八进制数值很适合用来进行各种二进制位操作。在这道谜题里，01、02、03（八进制）与1、2、3（十进制）完全等价，而我们在此明确地使用八进制数值的目的是，为了提醒读者注意这道谜题是对变量x、y和z的值进行位操作。

(x | (y & z)) 对操作符和操作数进行绑定。

(x | (02 & 01)) 先对最内层的表达式求值。

(x | 0) 在二进制里，01=1，02=10，03=11

　　　　10　　　& 01

(03 | 0)

　　　| 11

PRINT宏：这个程序里的“PRINT”宏需要用到C语言预处理器的“#”操作符和字符串合并操作。这个“PRINT”宏有一个形式参数int。在扩展的时候，形式参数int将被替换为宏调用里的实际参数。在形式参数的前面加上一个“#”字符作为前缀，将使得实际参数被括在一对双引号里。于是

PRINT (x | y & z)

将被扩展为：

printf ("x | y & z" " = %dn", x | y & z)

C语言预处理器会自动将相邻的字符串合并，所以这又等价于：

printf ("x | y & z = %dn", x | y & z)

1.4.2

初始值：x=03,y=02,z=01 x | y & ~ z

(x | (y & ( ~ z)))

(x | (y & ~ 01)) 　　 “~”操作符对它的操作数按位求补，所以“0...01”将变成“1...10”。

(x | (02 & ~ 01))

(03 | 02) 　　在二进制里，

　　　　　　　0...010

　　　　　　& 1...110

　　　　　　　0000010

　　　　　　| 11

1.4.3

初始值：x = 03, y = 02, z = 01

x ^ y &;~z

(x ^ (y & (~z)))　　这道谜题与前一题大同小异，只是把逻辑或操作符（|）换成了异或操作符（^）而已。

(x ^ (02 &~01))

(03 ^ 02)

1　　在二进制里，

　　　　　　^ 11

1.4.4

初始值：x = 03, y = 02, z = 01

x & y && z

((x & y) && z)

((03 & 02) && z)

(02 && z)

(TRUE && z)

(TRUE && 01)

(TRUE && TRUE)

TRUE, 即1　　只有当两个操作数都是TRUE时，“&&”操作的结果才会是TRUE。

1.4.5

初始值：x = 01

! x | x

((! x) | x)

((! TRUE) | x)

(FALSE | 01)

(0 | 01)

1.4.6

初始值：x = 01

~x | x

((~x)|x)

(~01|01)

-1　　在二进制里，

　　　　　　　1...110

　　　　　　| 0...001

　　　　　　　1...111,即-1

（不管x的值是什么，这道谜题的答案都是相同的。实际上，在使用二进制补码来表示负数的平台（如Intel 8086系列或Motorola 68000系列）上，这道谜题的答案永远是-1；在使用1的补码来表示负数的平台上，这道谜题的答案将是-0。在这本书里，凡是涉及具体机器的谜题都使用二进制补码来表示负数。）

1.4.7

初始值：x = 01

x ^ x

(01 ^ 01)

0　　在二进制里，

　　　　　　　0...01

　　　　　　^ 0...01

　　　　　　　0...00

（不管x的值是什么，这道谜题的答案都是相同的）

1.4.8

初始值：x = 01

x <<= 3

x = 01 << 3

x = 8　　在二进制里，

　　　　　　　0000...01

　　　　　　　　1...111,也就是8。

从效果上看，每左移一位就相当于乘以2。

1.4.9

初始值：y = -01

y << = 3

y = -01 << 3

y = -8　　在二进制里，

　　　　　　　1111...11

　　　　　　<<　　　　 3

　　　　　　　1...11000,也就是-8。

1.4.10

初始值：y = -08

y >> = 3

y = -08 >> 3

这道谜题的答案似乎显而易见：y=-1，可惜情况并非总是如此——有些计算机在进行右移操作时不保留操作数的符号位，而且C语言本身也不保证移位操作的结果在数学意义上肯定是正确的。不管怎样，还是使用更为清晰的除以8的表达方式，即“y/8”。

《C语言解惑》一1.4 二进制位操作符

1.4.1

1.4.2

1.4.3

1.4.4

1.4.5

1.4.6

1.4.7

1.4.8

1.4.9

1.4.10

《C语言解惑》一1.4　二进制位操作符