C语言位运算详解：操作符、规则与应用

第14章主要探讨了C语言中的位运算，这是一种对内存中字节或字节内二进制位进行的操作，这对于深入理解计算机底层工作原理和优化编程技巧非常关键。本章涵盖了以下几个核心知识点： 1. **位运算符**：C语言提供了6种基本位运算符，包括单目运算符`~`（按位取反）和二目运算符`<<`, `>>`, `&`, `|`, `^`。这些运算符用于执行如位掩码、位移、位与、位或和位异或等操作。 - `~`是一个单目运算符，它对一个二进制数的每一位进行取反操作，例如，变量a=15时，`~a`的结果是65520。 - `<<`和`>>`分别执行左移和右移操作，它们改变了操作数中位的相对位置。例如，`a<<n`将a的二进制位向左移动n位，而`a>>n`则向右移动，右端空出的位可能被0填充或保持原值（取决于数据类型和符号位）。 2. **运算对象和优先级与结合性**：位运算符通常应用于整型或字符型数据，如`char`, `short`, `int`, `long`和`unsigned`。运算符`~`的优先级较高，结合性是从右至左，而其他位运算符遵循从左至右的结合性。 3. **复合赋值运算符**：位运算支持复合赋值形式，如`a&=b`等价于`a = a & b`，这种形式在简化代码和减少临时变量使用方面非常实用。 4. **数据类型间的位运算**：当不同长度的数据进行位运算时，系统会自动调整，例如，`short`和`int`混合运算时，`short`类型的高16位会被“符号扩展”以适应`int`类型。 5. **运算符的特殊处理**：对于`~`运算符，要注意它与逻辑非运算符`!`的区别，尽管它们都与位操作相关，但操作性质和结果完全不同。此外，`<<`运算符在处理溢出时有特定规则，只有当最高位没有1时，才会简单地乘以2n。 通过学习和掌握这些内容，程序员能够更有效地利用位运算来优化程序性能，处理位级别的细节问题，并深入理解计算机内存的底层机制。在实际编程中，位运算尤其在处理位标志、压缩数据和算法设计等方面有着广泛的应用。