C语言中的一些小知识（二）

一、"%"运算符两侧只能是整数

在C语言中，`%` 运算符称为模运算符或取余运算符，它用于计算两个整数相除后的余数。当使用 `%` 运算符时，操作数必须是整数类型（包括 `char`、`int`、`long` 等）。

语法

remainder = dividend % divisor;

- **dividend**：被除数
- **divisor**：除数
- **remainder**：结果，即被除数除以除数后的余数

规则
1. **符号规则**：如果被除数和除数都是正数或都是负数，余数的符号与被除数相同。如果被除数和除数符号不同，余数的符号与除数相同。
2. **零除错误**：除数不能为零，否则会导致运行时错误。

 示例
以下是使用 `%` 运算符的一些示例：

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 10;
    int b = 3;
    int c = -10;
    int d = -3;

    // 正数除以正数
    printf("10 %% 3 = %d\n", a % b);  // 输出 1

    // 负数除以正数
    printf("-10 %% 3 = %d\n", c % b);  // 输出 2

    // 正数除以负数
    printf("10 %% -3 = %d\n", a % d);  // 输出 -2

    // 负数除以负数
    printf("-10 %% -3 = %d\n", c % d);  // 输出 -1

    return 0;
}

 注意事项
- 在使用 `%` 运算符时，确保除数不为零。
- 余数的符号取决于被除数和除数的符号，这在进行算术运算时需要特别注意。

 应用场景
模运算符在多种场景中非常有用，例如：
- 检查一个数是否是另一个数的倍数。
- 在循环中进行周期性操作。
- 计算日期和时间（例如，计算今天是星期几）。

模运算符是整数运算中的基本工具，掌握其用法对于进行有效的整数运算至关重要。

二、printf()函数输出的数据都隐含右or左对齐

下面是一个简单的C程序，用来验证printf()函数在不同情况下的对齐方式：

#include <stdio.h>

int main() {
    int num = 123;
    double pi = 3.14159;
    char str[] = "Moonshot";

    // 默认右对齐
    printf("Right aligned (default):\n");
    printf("%10d\n", num); // 整数，默认右对齐
    printf("%10.2f\n", pi); // 浮点数，默认右对齐
    printf("%10s\n", str); // 字符串，默认右对齐

    // 显式右对齐
    printf("\nRight aligned (explicit):\n");
    printf("%10d\n", num); // 整数，显式右对齐
    printf("%10.2f\n", pi); // 浮点数，显式右对齐
    printf("%10s\n", str); // 字符串，显式右对齐

    // 左对齐
    printf("\nLeft aligned:\n");
    printf("%-10d\n", num); // 整数，左对齐
    printf("%-10.2f\n", pi); // 浮点数，左对齐
    printf("%-10s\n", str); // 字符串，左对齐

    return 0;
}

在这个程序中，我们定义了一个整数num，一个浮点数pi，和一个字符串str。然后我们分别使用默认的右对齐、显式指定的右对齐和左对齐来输出这些变量。

当你运行这个程序时，你会看到以下输出：

Right aligned (default):
       123
      3.14
  Moonshot

Right aligned (explicit):
       123
      3.14
  Moonshot

Left aligned:
123
3.14
Moonshot
请按任意键继续. . .

请注意，对于字符串，左对齐不会在字符串后面添加额外的空格，因为字符串的长度已经确定了。对于整数和浮点数，左对齐会在数值的左侧添加空格，直到达到指定的宽度。

三、位运算（对象只能是整型和字符型数据）

位运算是计算机编程中对整数在二进制形式上进行的运算。位运算符在C语言中包括以下几种：

1. 按位与（AND） - &

   • 两个位都为1（真）时，结果才为1（真）。
   • 例：5 & 3 的二进制表示为 00000101 & 00000011，结果是 00000001，即1。

2. 按位或（OR） - |

   • 两个位中至少有一个为1（真）时，结果为1（真）。
   • 例：5 | 3 的二进制表示为 00000101 | 00000011，结果是 00000111，即7。

3. 按位异或（XOR） - ^

   • 两个位相同则结果为0(假)，不同则结果为1（真）。
   • 例：5 ^ 3 的二进制表示为 00000101^00000011，结果是 110，即6。

4. 按位取反（NOT） - ~（一个简单的方法加一后，取其相反数）

   • 反转所有位，0变1，1变0。
   • 例：~5 的二进制表示为 11111010（假设是8位整数）。

5. 左移（Left Shift） - <<

   • 将数字的所有位向左移动指定的位数，右边空出的位补0。
   • 例：5 << 1 的二进制表示为 101 << 1，结果是 00001010，即10。

6. 右移（Right Shift） - >>

   • 将数字的所有位向右移动指定的位数，左边空出的位补符号位（有符号数）或0（无符号数）。
   • 例：5 >> 1 的二进制表示为 101 >> 1，结果是00000010，即2。

位运算在编程中非常有用，尤其是在需要优化性能和处理硬件级别的操作时。例如，位运算可以用来设置、清除、切换和检查特定位的状态，这在处理位掩码和标志时非常有用。

下面是一个简单的C语言示例，演示了这些位运算符的使用：

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 5; // 二进制表示为 101
    int b = 3; // 二进制表示为 011

    // 按位与
    printf("a & b = %d\n", a & b);

    // 按位或
    printf("a | b = %d\n", a | b);

    // 按位异或
    printf("a ^ b = %d\n", a ^ b);

    // 按位取反
    printf("~a = %d\n", ~a);

    // 左移
    printf("a << 1 = %d\n", a << 1);

    // 右移
    printf("a >> 1 = %d\n", a >> 1);

    return 0;
}

a & b = 1
a | b = 7
a ^ b = 6
~a = -6
a << 1 = 10
a >> 1 = 2
请按任意键继续. . .

下面重点讲一下"~"按位取反符号

在C语言中，按位取反操作符 ~ 用于反转变量的所有位。对于整数 5，其按位取反的结果取决于整数的位数和是否有符号。

假设我们使用的是标准的8位整数（有符号整数），整数 5 的二进制表示（补码形式）如下：

00000101

应用按位取反操作：

11111010

在8位整数中，这将是一个很大的负数。在补码表示法中，负数是通过取反所有位然后加1来得到的。因此，要得到这个负数的原始值，我们需要从这个二进制数减去1，然后取反：

  11111010
- 00000001
------------
  11111001

然后取反：

0000010

这表示 -6。因此，对于8位整数，5 的按位取反结果是 -6。

四、当例子为负数时位运算会有啥不同

下面是在上面的基础上一个简单的C语言示例，演示了这些位运算符的使用：

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = -5; // 二进制表示为 101
    int b = -3; // 二进制表示为 011

    // 按位与
    printf("a & b = %d\n", a & b);

    // 按位或
    printf("a | b = %d\n", a | b);

    // 按位异或
    printf("a ^ b = %d\n", a ^ b);

    // 按位取反
    printf("~a = %d\n", ~a);

    // 左移
    printf("a << 1 = %d\n", a << 1);

    // 右移
    printf("a >> 1 = %d\n", a >> 1);

    return 0;
}

在C语言中，整数是以补码形式存储的，所以负数的二进制表示不是直接的“101”和“011”。让我们来分析你提供的代码和预期的输出。

首先，让我们确定 a 和 b 的二进制表示。假设我们使用的是32位整数：

1. a = -5 的补码表示为：11111011
2. b = -3 的补码表示为：11111101

现在，我们可以计算位运算的结果：

1. 按位与（AND） - a & b

   • 11111011 & 11111101 = 11111001，
   • 11111001 - 00000001 = 11111000
   • ~(11111000)=00000111
   • 00000111=7
   • -7

2. 按位或（OR） - a | b

   • 11111011 & 11111101 =11111111 ，
   • 11111111 - 00000001= 11111110
   • ~(11111110) = 00000001
   • 00000001 = 1
   • -1

3. 按位异或（XOR） - a ^ b

   • 11111011 & 11111101 =00000110
   • 00000110=6

4. 按位取反（NOT） - ~a

   • 对于 a = -5，其补码表示为 11111011，取反后得到 00000100，即4.

5. 左移（Left Shift） - a << 1(低位补零)

   • 11111011 << 1 = 11110110，
   • 11110110- 00000001 = 11110101
   • ~(11110101) = 00001010
   • 00001010 = 10
   • -10

6. 右移（Right Shift） - a >> 1 （高位补一）

   • 11111011 >> 1 = 11111101，
   • 11111101 - 00000001 = 11111100
   • ~（11111100）= 00000011
   • 00000011 = 3
   • -3

因此，预期的输出将是：

a & b = -7
a | b = -1
a ^ b = 6
~a = 4
a << 1 = -10
a >> 1 = -3
请按任意键继续. . .

从以上例子我们可以得出结论

（1）负数在计算机存储的时候是一起补码的形式存储的

以-3为例其的补码二进制表示如下：

1. 首先，找到3的二进制表示：00000011
2. 然后，对该数进行按位取反操作：11111100。
3. 最后，将结果加1以得到补码：11111101。

（2）在对负数进行左移右移操作的时候要遵循 左移低位补零，右移高位补一的原则

五、