熬夜整理的萬字C/C++總結（三），值得收藏

1、位運算

可以使用 C 對變量中的個别位進行操作。您可能對人們想這樣做的原因感到奇怪。這種能力有時确實是必須的，或者至少是有用的。C 提供位的邏輯運算符和移位運算符。在以下例子中，我們将使用二進制計數法寫出值，以便您可以了解對位發生的操作。在一個實際程式中，您可以使用一般的形式的整數變量或常量。例如不适用

00011001

的形式，而寫為 25 或者 031 或者 0x19.在我們的例子中，我們将使用8位數字，從左到右，每位的編号是 7 到 0。

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1.1 位邏輯運算符

4 個位運算符用于整型資料，包括 char。将這些位運算符成為位運算的原因是它們對每位進行操作，而不影響左右兩側的位。請不要将這些運算符與正常的邏輯運算符(&& 、||和!)相混淆，正常的位的邏輯運算符對整個值進行操作。

1.1.1 按位取反~

一進制運算符~将每個 1 變為 0，将每個 0 變為 1，如下面的例子：

~(10011010)
01100101           

複制

假設 a 是一個

unsigned char

，已指派為 2。在二進制中，2 是

00000010

.于是 -a 的值為

11111101

或者 253。請注意該運算符不會改變 a 的值，a 仍為 2。

unsigned char a = 2;   //00000010
unsigned char b = ~a;  //11111101
printf("ret = %d\n", a); //ret = 2
printf("ret = %d\n", b); //ret = 253           

複制

1.1.2 位與（AND）: &

二進制運算符 & 通過對兩個操作數逐位進行比較産生一個新值。對于每個位，隻有兩個操作數的對應位都是 1 時結果才 為 1。

(10010011) & (00111101) = (00010001)

C 也有一個組合的位與-指派運算符：&=。下面兩個将産生相同的結果：

val &= 0377
val = val & 0377           

複制

1.1.3 位或（OR）: |

二進制運算符 | 通過對兩個操作數逐位進行比較産生一個新值。對于每個位，如果其中任意操作數中對應的位為 1，那麼結果位就為 1。

(10010011)| (00111101) = (10111111)

C 也有組合位或-指派運算符： |=

val |= 0377
val = val | 0377           

複制

**1.1.4 位異或: **

二進制運算符^對兩個操作數逐位進行比較。對于每個位，如果操作數中的對應位有一個是 1(但不是都是1)，那麼結果是 1.如果都是 0 或者都是 1，則結果位 0。

(10010011)^ (00111101) = (10101110)

C 也有一個組合的位異或 - 指派運算符： ^=

val ^= 0377
val = val ^ 0377           

複制

1.1.5 用法

1.1.5.1 打開位

已知：10011010：

1.将位 2 打開

flag | 10011010

(10011010)|(00000100)=(10011110)

2.将所有位打開

flag | ~flag

(10011010)|(01100101)=(11111111)

1.1.5.2 關閉位

flag & ~flag

(10011010)&(01100101)=(00000000)

1.1.5.3 轉置位

轉置(toggling)一個位表示如果該位打開，則關閉該位；如果該位關閉，則打開。您可以使用位異或運算符來轉置。其思想是如果 b 是一個位(1或0)，那麼如果 b 為 1 則 b^1 為 0，如果 b 為 0，則 1^b 為 1。無論 b 的值是 0 還是 1,0^b 為 b。

flag ^ 0xff

(10010011)^(11111111)=(01101100)

1.1.5.4 交換兩個數不需要臨時變量

//a ^ b = temp;
//a ^ temp = b;
//b ^ temp = a
 (10010011)^(00100110)=(10110101)
 (10110101)^(00100110)= 10010011
 
  int a = 10;
  int b = 30;           

複制

1.2 移位運算符

現在讓我們了解一下 C 的移位運算符。移位運算符将位向左或向右移動。同樣，我們仍将明确地使用二進制形式來說明該機制的工作原理。

1.2.1 左移 <<

左移運算符<<将其左側操作數的值的每位向左移動，移動的位數由其右側操作數指定。空出來的位用 0 填充，并且丢棄移出左側操作數末端的位。在下面例子中，每位向左移動兩個位置。

(10001010) << 2 = (00101000)

該操作将産生一個新位置，但是不改變其操作數。

1 << 1 = 2;
2 << 1 = 4;
4 << 1 = 8;
8 << 2 = 32           

複制

左移一位相當于原值 *2。

1.2.2 右移 >>

右移運算符>>将其左側的操作數的值每位向右移動，移動的位數由其右側的操作數指定。丢棄移出左側操作數有段的位。對于

unsigned

類型，使用 0 填充左端空出的位。對于有符号類型，結果依賴于機器。空出的位可能用 0 填充，或者使用符号(最左端)位的副本填充。

//有符号值
(10001010) >> 2
(00100010)     //在某些系統上的結果值

(10001010) >> 2
(11100010)     //在另一些系統上的結果

//無符号值
(10001010) >> 2
(00100010)    //所有系統上的結果值           

複制

1.2.3 用法：移位運算符

移位運算符能夠提供快捷、高效（依賴于硬體）對 2 的幂的乘法和除法。

number << n: number乘以2的n次幂

number >> n： 如果number非負，則用number除以2的n次幂

2、數組

2.1 一維數組

• 元素類型角度：數組是相同類型的變量的有序集合
• 記憶體角度：連續的一大片記憶體空間

在讨論多元數組之前，我們還需要學習很多關于一維數組的知識。首先讓我們學習一個概念。

2.1.1 數組名

考慮下面這些聲明：

int a;
int b[10];           

複制

我們把 a 稱作标量，因為它是個單一的值，這個變量是的類型是一個整數。我們把 b 稱作數組，因為它是一些值的集合。下标和數名一起使用，用于辨別該集合中某個特定的值。例如，b[0] 表示數組 b 的第 1 個值，b[4] 表示第 5 個值。每個值都是一個特定的标量。

那麼問題是 b 的類型是什麼？它所表示的又是什麼？一個合乎邏輯的答案是它表示整個數組，但事實并非如此。在 C中，在幾乎所有數組名的表達式中，數組名的值是一個指針常量，也就是數組第一個元素的位址。它的類型取決于數組元素的類型：如果他們是int類型，那麼數組名的類型就是“指向 int 的常量指針”；如果它們是其他類型，那麼數組名的類型也就是“指向其他類型的常量指針”。

請問：指針和數組是等價的嗎？

答案是否定的。數組名在表達式中使用的時候，編譯器才會産生一個指針常量。那麼數組在什麼情況下不能作為指針常量呢？在以下兩種場景下：

• 當數組名作為sizeof操作符的操作數的時候，此時sizeof傳回的是整個數組的長度，而不是指針數組指針的長度。
• 當數組名作為&操作符的操作數的時候，此時傳回的是一個指向數組的指針，而不是指向某個數組元素的指針常量。

int arr[10];
//arr = NULL; //arr作為指針常量，不可修改
int *p = arr; //此時arr作為指針常量來使用
printf("sizeof(arr):%d\n", sizeof(arr)); //此時sizeof結果為整個數組的長度
printf("&arr type is %s\n", typeid(&arr).name()); //int(*)[10]而不是int*           

複制

2.1.2 下标引用

int arr[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };           

複制

*(arr + 3)

,這個表達式是什麼意思呢？

首先，我們說數組在表達式中是一個指向整型的指針，是以此表達式表示 arr 指針向後移動了 3 個元素的長度。然後通過間接通路操作符從這個新位址開始擷取這個位置的值。這個和下标的引用的執行過程完全相同。是以如下表達式是等同的：

*(arr + 3)
arr[3]           

複制

問題1：數組下标可否為負值？

問題2：請閱讀如下代碼，說出結果：

int arr[] = { 5, 3, 6, 8, 2, 9 };
int *p = arr + 2;
printf("*p = %d\n", *p);
printf("*p = %d\n", p[-1]);           

複制

那麼是用下标還是指針來操作數組呢？對于大部分人而言，下标的可讀性會強一些。

2.1.3 數組和指針

指針和數組并不是相等的。為了說明這個概念，請考慮下面兩個聲明：

int a[10];
int *b;           

複制

聲明一個數組時，編譯器根據聲明所指定的元素數量為數組配置設定記憶體空間，然後再建立數組名，指向這段空間的起始位置。聲明一個指針變量的時候，編譯器隻為指針本身配置設定記憶體空間，并不為任何整型值配置設定記憶體空間，指針并未初始化指向任何現有的記憶體空間。

是以，表達式 *a 是完全合法的，但是表達式 *b 卻是非法的。*b 将通路記憶體中一個不确定的位置，将會導緻程式終止。另一方面b++可以通過編譯，a++ 卻不行，因為a是一個常量值。

2.1.4 作為函數參數的數組名

當一個數組名作為一個參數傳遞給一個函數的時候發生什麼情況呢？

我們現在知道數組名其實就是一個指向數組第 1 個元素的指針，是以很明白此時傳遞給函數的是一份指針的拷貝。是以函數的形參實際上是一個指針。但是為了使程式員新手容易上手一些，編譯器也接受數組形式的函數形參。是以下面兩種函數原型是相等的：

int print_array(int *arr);
int print_array(int arr[]);           

複制

我們可以使用任何一種聲明，但哪一個更準确一些呢？答案是指針。因為實參實際上是個指針，而不是數組。同樣 sizeof arr 值是指針的長度，而不是數組的長度。

現在我們清楚了，為什麼一維數組中無須寫明它的元素數目了，因為形參隻是一個指針，并不需要為數組參數配置設定記憶體。另一方面，這種方式使得函數無法知道數組的長度。如果函數需要知道數組的長度，它必須顯式傳遞一個長度參數給函數。

2.2 多元數組

如果某個數組的維數不止1個，它就被稱為多元數組。接下來的案例講解以二維數組舉例。

void test01(){
 //二維數組初始化
 int arr1[3][3] = {
  { 1, 2, 3 },
  { 4, 5, 6 },
  { 7, 8, 9 }
 };
 int arr2[3][3] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
 int arr3[][3] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };

 //列印二維數組
 for (int i = 0; i < 3; i++){
  for (int j = 0; j < 3; j ++){
   printf("%d ",arr1[i][j]);
  }
  printf("\n");
 }
}           

複制

2.2.1 數組名

一維數組名的值是一個指針常量，它的類型是“指向元素類型的指針”，它指向數組的第 1 個元素。多元數組也是同理，多元數組的數組名也是指向第一個元素，隻不過第一個元素是一個數組。例如：

int arr[3][10]           

複制

可以了解為這是一個一維數組，包含了 3 個元素，隻是每個元素恰好是包含了 10 個元素的數組。arr 就表示指向它的第1個元素的指針，是以 arr 是一個指向了包含了 10 個整型元素的數組的指針。

2.2.2 指向數組的指針(數組指針)

數組指針，它是指針，指向數組的指針。

數組的類型由元素類型和數組大小共同決定：

int array[5]

的類型為

int[5]

；

C 語言可通過 typedef 定義一個數組類型：

定義數組指針有一下三種方式：

//方式一
void test01(){

 //先定義數組類型，再用數組類型定義數組指針
 int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
 //有typedef是定義類型，沒有則是定義變量,下面代碼定義了一個數組類型ArrayType
 typedef int(ArrayType)[10];
 //int ArrayType[10]; //定義一個數組，數組名為ArrayType

 ArrayType myarr; //等價于 int myarr[10];
 ArrayType* pArr = &arr; //定義了一個數組指針pArr，并且指針指向數組arr
 for (int i = 0; i < 10;i++){
  printf("%d ",(*pArr)[i]);
 }
 printf("\n");
}

//方式二
void test02(){

 int arr[10];
 //定義數組指針類型
 typedef int(*ArrayType)[10];
 ArrayType pArr = &arr; //定義了一個數組指針pArr，并且指針指向數組arr
 for (int i = 0; i < 10; i++){
  (*pArr)[i] = i + 1;
 }
 for (int i = 0; i < 10; i++){
  printf("%d ", (*pArr)[i]);
 }
 printf("\n");

}

//方式三
void test03(){
 
 int arr[10];
 int(*pArr)[10] = &arr;

 for (int i = 0; i < 10; i++){
  (*pArr)[i] = i + 1;

 }
 for (int i = 0; i < 10; i++){
  printf("%d ", (*pArr)[i]);
 }
 printf("\n");
}           

複制

2.2.3 指針數組(元素為指針)

2.2.3.1 棧區指針數組

//數組做函數函數，退化為指針
void array_sort(char** arr,int len){

 for (int i = 0; i < len; i++){
  for (int j = len - 1; j > i; j --){
   //比較兩個字元串
   if (strcmp(arr[j-1],arr[j]) > 0){
    char* temp = arr[j - 1];
    arr[j - 1] = arr[j];
    arr[j] = temp;
   }
  }
 }

}

//列印數組
void array_print(char** arr,int len){
 for (int i = 0; i < len;i++){
  printf("%s\n",arr[i]);
 }
 printf("----------------------\n");
}

void test(){
 
 //主調函數配置設定記憶體
 //指針數組
 char* p[] = { "bbb", "aaa", "ccc", "eee", "ddd"};
 //char** p = { "aaa", "bbb", "ccc", "ddd", "eee" }; //錯誤
 int len = sizeof(p) / sizeof(char*);
 //列印數組
 array_print(p, len);
 //對字元串進行排序
 array_sort(p, len);
 //列印數組
 array_print(p, len);
}           

複制

2.2.3.2 堆區指針數組

//配置設定記憶體
char** allocate_memory(int n){
 
 if (n < 0 ){
  return NULL;
 }

 char** temp = (char**)malloc(sizeof(char*) * n);
 if (temp == NULL){
  return NULL;
 }

 //分别給每一個指針malloc配置設定記憶體
 for (int i = 0; i < n; i ++){
  temp[i] = malloc(sizeof(char)* 30);
  sprintf(temp[i], "%2d_hello world!", i + 1);
 }

 return temp;
}

//列印數組
void array_print(char** arr,int len){
 for (int i = 0; i < len;i++){
  printf("%s\n",arr[i]);
 }
 printf("----------------------\n");
}

//釋放記憶體
void free_memory(char** buf,int len){
 if (buf == NULL){
  return;
 }
 for (int i = 0; i < len; i ++){
  free(buf[i]);
  buf[i] = NULL;
 }

 free(buf);
}

void test(){
 
 int n = 10;
 char** p = allocate_memory(n);
 //列印數組
 array_print(p, n);
 //釋放記憶體
 free_memory(p, n);
}           

複制

2.2.4二維數組三種參數形式

2.2.4.1 二維數組的線性存儲特性

void PrintArray(int* arr, int len){
 for (int i = 0; i < len; i++){
  printf("%d ", arr[i]);
 }
 printf("\n");
}

//二維數組的線性存儲
void test(){
 int arr[][3] = {
  { 1, 2, 3 },
  { 4, 5, 6 },
  { 7, 8, 9 }
 };

 int arr2[][3] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
 int len = sizeof(arr2) / sizeof(int);

 //如何證明二維數組是線性的？
 //通過将數組首位址指針轉成Int*類型，那麼步長就變成了4，就可以周遊整個數組
 int* p = (int*)arr;
 for (int i = 0; i < len; i++){
  printf("%d ", p[i]);
 }
 printf("\n");

 PrintArray((int*)arr, len);
 PrintArray((int*)arr2, len);
}           

複制

2.2.4.2 二維數組的3種形式參數

//二維數組的第一種形式
void PrintArray01(int arr[3][3]){
 for (int i = 0; i < 3; i++){
  for (int j = 0; j < 3; j++){
   printf("arr[%d][%d]:%d\n", i, j, arr[i][j]);
  }
 }
}

//二維數組的第二種形式
void PrintArray02(int arr[][3]){
 for (int i = 0; i < 3; i++){
  for (int j = 0; j < 3; j++){
   printf("arr[%d][%d]:%d\n", i, j, arr[i][j]);
  }
 }
}

//二維數組的第二種形式
void PrintArray03(int(*arr)[3]){
 for (int i = 0; i < 3; i++){
  for (int j = 0; j < 3; j++){
   printf("arr[%d][%d]:%d\n", i, j, arr[i][j]);
  }
 }
}

void test(){
 
 int arr[][3] = { 
  { 1, 2, 3 },
  { 4, 5, 6 },
  { 7, 8, 9 }
 };
 
 PrintArray01(arr);
 PrintArray02(arr);
 PrintArray03(arr);
}           

複制

2.3總結

2.3.1 程式設計提示

• 源代碼的可讀性幾乎總是比程式的運作時效率更為重要
• 隻要有可能，函數的指針形參都應該聲明為 const。
• 在多元數組的初始值清單中使用完整的多層花括号提高可讀性

2.3.2 内容總結

在絕大多數表達式中，數組名的值是指向數組第 1 個元素的指針。這個規則隻有兩個例外，sizeof 和對數組名&。

指針和數組并不相等。當我們聲明一個數組的時候，同時也配置設定了記憶體。但是聲明指針的時候，隻配置設定容納指針本身的空間。

當數組名作為函數參數時，實際傳遞給函數的是一個指向數組第 1 個元素的指針。

我們不單可以建立指向普通變量的指針，也可建立指向數組的指針。