【C语言】6.进制,位运算,补码反码,数组等

  • 进制

    • 二进制以0b0B开头,如0b001。(数字0不是字母O)

    • 八进制以0开头,如067。

    • 十六进制以0x0X开头,如0x48B。

    • 打印一个数的八进制和十六进制:

      int a = 13;
      printf("10->8: %o\n", a);
      printf("10->16: %x\n", a);
      
    • 定义一个二进制数、八进制数、十六进制,打印其对应的10 进制

      int a = 0b00000000000000000000000000001101;
      printf("2->10: %d\n", a);
      
      a = 015;
      printf("8->10: %d\n", a);
      
      a = 0xd;
      printf("16->10: %d\n", a);
      
      输出结果:
      2->10: 13
      8->10: 13
      16->10: 13
      
    • 进制转换

  • 原码,反码,补码

    • 正数的原码,反码,补码都一样。三码合一

    • 负数的第一位为符号位,反码是原码取反,补码是反码加一。

    • 正数和负数在计算机的内存中都以补码的形式存在。

    • 对于负数, 补码表示方式也是人脑无法直观看出其数值的。 通常也需要转换成原码在计算其数值。

    • 为什么要引入反码和补码?

      • 现在我们知道了计算机可以有三种编码方式表示一个数. 对于正数因为三种编码方式的结果都相同, 所以不需要过多解释。

        但是对于负数, 可见原码, 反码和补码是完全不同的. 既然原码才是被人脑直接识别并用于计算表示方式, 为何 还会有反码和补码呢?

        首先, 因为人脑可以知道第一位是符号位, 在计算的时候我们会根据符号位, 选择对真值区域的加减。但是对于计算机, 加减乘数已经是最基础的运算, 要设计的 尽量简单. 计算机辨别"符号位"显然会让计算机的基础电路设计变得十分复杂! 于是人们想出了 将符号位也参与运算的方法. 我们知道, 根据运算法则减去一个正数等于加上一个负数, 即: 1-1 = 1 + (-1) = 0 , 所以机器可以只有加法而没有减法, 这样计算机运算的设计就更简单了.

      • 例:

        计算十进制的表达式: 1-1=0

        1 - 1 = 1 + (-1) = [00000001]原 + [10000001]原 = [10000010]原 = -2

        如果用原码表示, 让符号位也参与计算, 显然对于减法来说, 结果是不正确的.这也就是为何计算 机内部不使用原码表示一个数.

        为了解决原码做减法的问题, 出现了反码:

           1 - 1 = 1 + (-1) = [0000 0001]原 + [1000 0001]原           
         = [0000 0001]反 + [1111 1110]反
         = [1111 1111]反
         = [1000 0000]原 (1111 1111,符号位不变,其他为逐位取反)
         = -0
        

        发现用反码计算减法, 结果的真值部分是正确的. 而唯一的问题其实就出现在"0"这个特殊的数值 上. 虽然人们理解上+0和-0是一样的, 但是0带符号是没有任何意义的. 而且会有[0000 0000]原和 [1000 0000]原两个编码表示0。

        于是补码的出现, 解决了0的符号以及两个编码的问题:

           1-1 = 1 + (-1) = [0000 0001]原 + [1000 0001]原
         = [0000 0001]补 + [1111 1111]补
         = [0000 0000]补
         = [0000 0000]原
        
        • 这样0用[0000 0000]表示, 而以前出现问题的-0则不存在了.而且可以用[1000 0000]表示-128: (-1) + (-127) = [1000 0001]原 + [1111 1111]原 = [1111 1111]补 + [1000 0001]补 = [1000 0000]补
        • -1-127的结果应该是-128, 在用补码运算的结果中, [1000 0000]补 就是-128. 但是注意因为实际 上是使用以前的-0的补码来表示-128, 所以-128并没有原码和反码表示.(对-128的补码表示[1000 0000]补算出来的原码是[0000 0000]原, 这是不正确的)
  • 位运算符

    • & 按位与

      • 规律:二进制中,与1相&就保持原位,与0相&就为0。

      • 应用场景:

        1. 按位与运算通常用来对某些位清0或保留某些位。例如把a的高位都清0,保留低八位,那么就a&255。

        2. 判断奇偶: 将变量a与1做位与运算,若结果是1,则 a是奇数;若结果是0,则 a是偶数。

        3. 任何数和1进行&操作,得到这个数的最低位。

          1001

          &0001

          =0001

        4. 想把某一位置0。

          11111111

          &11111011

          =11111011

    • | 按位或

    • ^ 按位异或

      • 规律:

        1. 相同整数相的结果是0。比如55=0。
        2. 多个整数相的结果跟顺序无关。比如567=576。因此得出结论:__ab^a = b__。
      • 使用位运算实现交换两个数的值:

        a = a^b;
        b = b^a;
        a = a^b;
        
    • ~ 取反

  • 左移运算符和右移运算符

    • 把整数a的各二进位全部左移n位,高位丢弃,低位补0。左移n位其实就是乘以2的n次方。由于左移是丢弃最高位,0补最低位,所以符号位也会被丢弃,左移出来的结果值可能会改变正负性。

    • 把整数a的各二进位全部右移n位,保持符号位不变。右移n位其实就是除以2的n次方。为正数时, 符号位为0,最高位补0。为负数时,符号位为1,最高位是补0或是补1,取决于编译系统的规定。

    • 例:

      • 写一个函数把一个10进制数按照二进制格式输出

      • 分析:

        13 -----> 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1101

        0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1101 13

        0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1

        每次取 一个数的最后一个二进制位

        任何一个数和1进行&(按位与)得到任何一个数的二进制的最后

        一位

      • 实现:

            int len = sizeof(int)*8;
            int temp;
            for (int i=0; i<len; i++) {
                temp = num; //每次都在原数的基础上进行移位运算
                temp = temp>>(31-i); //每次移动的位数
                int t = temp&1; //取出最后一位
                if(i!=0&&i%4==0)printf(" "); printf("%d",t);
            }
        
  • 变量的存储

    • 一个变量所占用的存储空间,不仅跟变量类型有关,而且还跟编译器环境有关系。同一种类型的变量,在不同编译器环境下所占用的存储空间又是不一样的。

    • 任何变量在内存中都是以二进制的形式存储。一个负数的二进制形式,其实就是对它的正数的二进制形式进行取反后再+1。

    • 变量的首地址,是变量所占存储空间字节地址最小的那个地址。(因为变量的字节的地址在内存中是由大到小的,以0b00000000 00000000 00000000 00001010为例,00001010属于低字节,位于这个变量所占4个字节的最上面的那个字节,也就是地址最小的字节。类似Excel中的四个表格,低字节位于最上面(地址最小))。

  • 类型说明符

    • 在64位编译器环境下:

      short占2个字节(16位)

      int占4个字节(32位)

      long占8个字节(64位)

      因此,如果使用的整数不是很大的话,可以使用short代替int,这样的话,更节省内存开销。

    • ANSI \ ISO制定了以下规则:

      ​ short跟int至少为16位(2字节)

      ​ long至少为32位(4字节)

      ​ short的长度不能大于int,int的长度不能大于long

      ​ char一定为为8位(1字节),毕竟char是我们编程能用的最小数据类型

      • 32位编译器:long long 占 8个字节, long 占 4个字节
      • 64位编译器:long long 和 long 都是 8个字节
      • long long int == long long
      • long int == long
      • short int == short

  • char型数据存储原理

    • char a=‘a' ——> 取出'a'的ASCII码值,97,然后转换2进制,存储在一个字节中。
    • 个人理解,ASCII表就是为字符设计的,因为字符在内存中存储时首先取出这个字符的ASCII码值,然后转换成二进制之后存储。而且一个字符占一个字节,所以共8位,取值范围是-27~27-1,所以ASCII表也是0~127。
  • 数组

    • 初始化数组

      • int ages[3] = {4, 6, 9};
      • int nums[10] = {1,2}; // 其余的自动初始化为0
      • int nums[] = {1,2,3,5,6}; // 根据大括号中的元素个数确定数组元素的个数
      • int nums[5] = {[4] = 3,[1] = 2}; // 指定元素个数,同时给指定元素进行初始化
      • int nums[3]; nums[0] = 1; nums[1] = 2; nums[2] = 3; // 先定义,后初始化
      • 定义但是未初始化,数组中有值,但是是垃圾值。
      • 对于数组来说,一旦有元素被初始 化,其他元素都被赋值0。
    • 计算数组中元素的个数

      • int count = sizeof(数组) / sizeof(数组[0]) // 数组的长度 = 数组占用的总字节数 / 数组元素占用的字节数

    • 数组注意事项

      • 在定义数组的时候[]里面只能写整型常量或者是返回整型常量的表达式。

        int ages['A'] = {19, 22, 33};

        printf("ages[0] = %d\n", ages[0]);

        int ages[5 + 5] = {19, 22, 33};

        printf("ages[0] = %d\n", ages[0]);

        int ages['A' + 5] = {19, 22, 33};

        printf("ages[0] = %d\n", ages[0])

      • 错误写法

        • 没有指定元素个数(int nums[] = {1,2,3,5,6}; 这样是可以的,但是如果先声明,并没有初始化,则是错误的)

          int a[]; // 错误

        • []中不能放变量

          int number = 10;

          int ages[number]; // 不报错, 但是没有初始化, 里面是随机值

    > int number = 10;
    > 
    > int ages[number] = {19, 22, 33} // 直接报错

  - > int ages10[5];
    > 
    > ages10 = {19, 22, 33};    // 错误。只能在定义数组的时候进行一次性(全部赋值)的初始化

  - 访问数组越界。
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