操作符详细超解说

文章重点：介绍位位移操作符与位操作符

1.操作符的分类

操作符在编程中扮演着至关重要的角色，它们用于执行各种操作，如算术运算、逻辑判断、位操作等。下面是一些常见的操作符分类：

算术操作符：用于执行基本的数学运算。常见的算术操作符包括加法（+）、减法（-）、乘法（*）、除法（/）和取模取余数（%）等。

比较操作符（或关系操作符）：用于比较两个值的大小或是否相等。比较操作符包括等于（==）、不等于（!=）、大于（>）、小于（<）、大于等于（>=）和小于等于（<=）等。它们用于在条件语句中判断条件是否成立。

逻辑操作符：用于组合或反转布尔值（真或假）。逻辑操作符包括逻辑与（&&）、逻辑或（||）和逻辑非（!）等。这些操作符在条件判断、循环控制等方面非常有用。

位操作符：直接对整数类型（byte, short, int, long, char）的二进制位进行操作。位操作符包括按位与（&）、按位或（|）、按位异或（^）、按位取反（~）它们常用于低级编程和性能优化。

移位操作符：左移（<<）、右移（>>）

赋值操作符：用于将右侧的值赋给左侧的变量。基本的赋值操作符是等号（=），但还有复合赋值操作符，如加等（+=）、减等（-=）、乘等（*=）、除等（/=）等，这些操作符可以简化代码，实现先运算后赋值的操作。

条件（三元）操作符：这是唯一一个需要三个操作数的操作符。它的形式是“条件 ? 表达式1 : 表达式2”，如果条件为真，则执行表达式1，否则执行表达式2。

单目操作符：递增（++）、递减（--）、逻辑非（！）、取地址（&）、sizeof、解引用（*）

其他操作符：下标引用[ ]、逗号（，）、函数调用（）、结构成员访问： . 、->

2.操作符的属性：优先级、结合性

1.优先级：即表达式中操作符的执行顺序。由高到低执行，常用的操作符的优先级高低记忆（由高到低）：

括号（最高），单目操作符（++、--），算术操作符（乘、除、取模、加、减）【也是由高到低】、位移操作符、关系操作符、位操作符、逻辑操作符、条件操作符、赋值操作符、逗号操作符（最低）

2.结合性：即具有相同优先级的操作符的执行顺序。大多数从左到右结合；单目运算符，赋值运算符，条件运算从右到左结合。

3.二进制，原码，反码，补码

在详细介绍操作符前，我们先来回顾一下二进制，原码，反码，补码的知识，这是我们今天要重点介绍的位移操作符和位操作符的铺垫。

3.1二进制： 2进制的数字每⼀位都是0~1的数字组成，满2进1。例如：1101 就是⼆进制的数字（与十进制满十进一类似）

二进制与十进制相互转换： 二转十：以1101为例 二进制数字 1 1 0 1 转换过程 一乘二的三次方 一乘二的二次方 0乘二的一次方 一乘二的零次方

十进制数字 8 4 0 1 再全部加起来得到了十进制数字13

十转二：以31为例

由下到上读取

得到31的二进制数字11111

3.2原码、反码、补码：

整数的2进制表示方法有三种，即原码、反码和补码

有符号整数的三种表示方法均有符号位和数值位两部分，2进制序列中，最高位的1位是被当做符号位，剩余的都是数值位。

符号位是“0”表示整数，是“1”表示负数

正整数的原、反、补码都相同。

负整数的三种表示方法各不相同。

原码：直接将数值按照正负数的形式翻译成⼆进制得到的就是原码。

反码：将原码的符号位不变，其他位依次按位取反就可以得到反码。

补码：反码+1就得到补码。

反码得到原码：取反，+1的操作。

对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码。

原因：

在计算机系统中，数值用补码来表示和存储。原因在于，用补码，可以将符号位和数值域统一

处理；同时，加法和减法也可以统⼀处理（CPU只有加法器）此外，补码与原码相互转换，其运算

过程是相同的，不需要额外的硬件电路

4.移位操作符

注：移位操作符操作的只能是整数。

<<左移操作符

移位规则：左边抛弃、右边补0。被移出左侧（高位）的位将被丢弃，在右侧（低位）空出的位用零填充。每左移一位就相当于乘以二。

>>右移操作符

移位规则：有逻辑右移和算术右移。每右移一位就相当于除以2（忽略小数部分）。

• 逻辑右移：在逻辑右移中，被移出右侧的位（低位）被丢弃，而左侧（高位）空出的位用零填充。逻辑右移通常用于无符号整数的位移操作。
• 算术右移：在算术右移中，被移出右侧的位同样被丢弃，但左侧空出的位用原数的符号位（最高位）填充。对于正数来说，算术右移的效果等同于逻辑右移，因为正数的符号位是0。但对于负数来说，算术右移可以保持数的符号不变。大多数编译器对于带符号整数的右移操作采用算术右移。

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。

5.位操作符

注：他们的操作数必须是整数。

5.1按位与（&）

按位与（&）用于对二进制数进行逐位的逻辑与运算。

具体运算规则：只有当两个对应位都为1时，结果位才为1，否则结果为0。参与运算的数以补码方式出现。

5.2按位或（|）

具体运算规则：只要对应的两个二进位中有一个为1时，结果位就为1。

例如，对于二进制数A=1010和B=1100，进行按位或操作的结果为A | B = 1110。

按位或在多个方面都有广泛的应用，如设置位和合并操作等。通过设置某些位与1进行按位或操作，可以将这些位的值设置为1。此外，通过将多个二进制数进行按位或操作，可以将它们的对应位合并为一个结果。

5.3按位异或（^）

具体运算规则：如果两个相应的二进制位相同，则结果为0，否则为1。

5.4按位取反（~）

具体运算规则：它对二进制数的每一位执行取反操作，每一位上的1变为0，0变为1。

在大多数编程语言中，按位取反操作通常使用特定的操作符（如 ~）来表示。例如，如果我们有一个8位的二进制数 0110 1010，对其执行按位取反操作后，将得到 1001 0101。

需要注意的是，按位取反操作通常是对整数的补码形式进行的。在补码表示法中，最高位（符号位）为1表示负数，为0表示正数或非零。因此，在对一个正数执行按位取反操作时，结果通常是一个负数；反之亦然。