熬夜整理的c/c++萬字總結（三），值得收藏！
1、位運算
可以使用 C 對變數中的個別位進行操作。您可能對人們想這樣做的原因感到奇怪。這種能力有時確實是必須的，或者至少是有用的。C 提供位的邏輯運算子和移位運算子。在以下例子中，我們將使用二進位制計數法寫出值，以便您可以瞭解對位發生的操作。在一個實際程式中，您可以使用一般的形式的整數變數或常量。例如不適用00011001的形式，而寫為 25 或者 031 或者 0x19.在我們的例子中，我們將使用8位數字，從左到右，每位的編號是 7 到 0。
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1.1 位邏輯運算子
4 個位運算子用於整型資料，包括 char。將這些位運算子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。請不要將這些運算子與常規的邏輯運算子(&& 、||和!)相混淆，常規的位的邏輯運算子對整個值進行操作。
1.1.1 按位取反~
一元運算子~將每個 1 變為 0，將每個 0 變為 1，如下面的例子：
~(10011010)
01100101
假設 a 是一個unsigned char，已賦值為 2。在二進位制中，2 是00000010.於是 -a 的值為11111101或者 253。請注意該運算子不會改變 a 的值，a 仍為 2。
unsignedchara=2;//00000010
unsignedcharb=~a;//11111101
printf("ret=%d\n",a);//ret=2
printf("ret=%d\n",b);//ret=253
1.1.2 位與（AND）: &
二進位制運算子 & 通過對兩個運算元逐位進行比較產生一個新值。對於每個位，只有兩個運算元的對應位都是 1 時結果才 為 1。
(10010011) & (00111101) = (00010001)
C 也有一個組合的位與-賦值運算子：&=。下面兩個將產生相同的結果：
val&=0377
val=val&0377
1.1.3 位或（OR）: |
二進位制運算子 | 通過對兩個運算元逐位進行比較產生一個新值。對於每個位，如果其中任意運算元中對應的位為 1，那麼結果位就為 1。
(10010011)| (00111101) = (10111111)
C 也有組合位或-賦值運算子： |=
val|=0377
val=val|0377
**1.1.4 位異或: **
二進位制運算子^對兩個運算元逐位進行比較。對於每個位，如果運算元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 - 賦值運算子： ^=
val^=0377
val=val^0377
1.1.5 用法
1.1.5.1 開啟位
已知：10011010：
1.將位 2 開啟
flag | 10011010
(10011010)|(00000100)=(10011110)
2.將所有位開啟
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開啟，則關閉該位；如果該位關閉，則開啟。您可以使用位異或運算子來轉置。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數
//a^b=temp;
//a^temp=b;
//b^temp=a
(10010011)^(00100110)=(10110101)
(10110101)^(00100110)=10010011
inta=10;
intb=30;
1.2 移位運算子
現在讓我們瞭解一下 C 的移位運算子。移位運算子將位向左或向右移動。同樣，我們仍將明確地使用二進位制形式來說明該機制的工作原理。
1.2.1 左移 <<
左移運算子<<將其左側運算元的值的每位向左移動，移動的位數由其右側運算元指定。空出來的位用 0 填充，並且丟棄移出左側運算元末端的位。在下面例子中，每位向左移動兩個位置。
(10001010) << 2 = (00101000)
該操作將產生一個新位置，但是不改變其運算元。
1<<1=2;
2<<1=4;
4<<1=8;
8<<2=32
左移一位相當於原值 *2。
1.2.2 右移 >>
右移運算子>>將其左側的運算元的值每位向右移動，移動的位數由其右側的運算元指定。丟棄移出左側運算元有段的位。對於unsigned型別，使用 0 填充左端空出的位。對於有符號型別，結果依賴於機器。空出的位可能用 0 填充，或者使用符號(最左端)位的副本填充。
//有符號值
(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
//無符號值
(10001010)>>2
(00100010)//所有系統上的結果值
1.2.3 用法：移位運算子
移位運算子能夠提供快捷、高效（依賴於硬體）對 2 的冪的乘法和除法。
number << n: number乘以2的n次冪
number >> n： 如果number非負，則用number除以2的n次冪
2、陣列
2.1 一維陣列
-
元素型別角度：陣列是相同型別的變數的有序集合
-
記憶體角度：連續的一大片記憶體空間
在討論多維陣列之前，我們還需要學習很多關於一維陣列的知識。首先讓我們學習一個概念。
2.1.1 陣列名
考慮下面這些宣告：
inta;
intb[10];
我們把 a 稱作標量，因為它是個單一的值，這個變數是的型別是一個整數。我們把 b 稱作陣列，因為它是一些值的集合。下標和數名一起使用，用於標識該集合中某個特定的值。例如，b[0] 表示陣列 b 的第 1 個值，b[4] 表示第 5 個值。每個值都是一個特定的標量。
那麼問題是 b 的型別是什麼？它所表示的又是什麼？一個合乎邏輯的答案是它表示整個陣列，但事實並非如此。在 C中，在幾乎所有陣列名的表示式中，陣列名的值是一個指標常量，也就是陣列第一個元素的地址。它的型別取決於陣列元素的型別：如果他們是int型別，那麼陣列名的型別就是“指向 int 的常量指標”；如果它們是其他型別，那麼陣列名的型別也就是“指向其他型別的常量指標”。
請問：指標和陣列是等價的嗎？
答案是否定的。陣列名在表示式中使用的時候，編譯器才會產生一個指標常量。那麼陣列在什麼情況下不能作為指標常量呢？在以下兩種場景下：
-
當陣列名作為sizeof操作符的運算元的時候，此時sizeof返回的是整個陣列的長度，而不是指標陣列指標的長度。
-
當陣列名作為&操作符的運算元的時候，此時返回的是一個指向陣列的指標，而不是指向某個陣列元素的指標常量。
intarr[10];
//arr=NULL;//arr作為指標常量，不可修改
int*p=arr;//此時arr作為指標常量來使用
printf("sizeof(arr):%d\n",sizeof(arr));//此時sizeof結果為整個陣列的長度
printf("&arrtypeis%s\n",typeid(&arr).name());//int(*)[10]而不是int*
2.1.2 下標引用
intarr[]={1,2,3,4,5,6};
*(arr + 3),這個表示式是什麼意思呢？
首先，我們說陣列在表示式中是一個指向整型的指標，所以此表示式表示 arr 指標向後移動了 3 個元素的長度。然後通過間接訪問操作符從這個新地址開始獲取這個位置的值。這個和下標的引用的執行過程完全相同。所以如下表達式是等同的：
*(arr+3)
arr[3]
問題1：陣列下標可否為負值？
問題2：請閱讀如下程式碼，說出結果：
intarr[]={5,3,6,8,2,9};
int*p=arr+2;
printf("*p=%d\n",*p);
printf("*p=%d\n",p[-1]);
那麼是用下標還是指標來運算元組呢？對於大部分人而言，下標的可讀性會強一些。
2.1.3 陣列和指標
指標和陣列並不是相等的。為了說明這個概念，請考慮下面兩個宣告：
inta[10];
int*b;
宣告一個數組時，編譯器根據宣告所指定的元素數量為陣列分配記憶體空間，然後再建立陣列名，指向這段空間的起始位置。宣告一個指標變數的時候，編譯器只為指標本身分配記憶體空間，並不為任何整型值分配記憶體空間，指標並未初始化指向任何現有的記憶體空間。
因此，表示式 *a 是完全合法的，但是表示式 *b 卻是非法的。*b 將訪問記憶體中一個不確定的位置，將會導致程式終止。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 作為函式引數的陣列名
當一個數組名作為一個引數傳遞給一個函式的時候發生什麼情況呢？
我們現在知道陣列名其實就是一個指向陣列第 1 個元素的指標，所以很明白此時傳遞給函式的是一份指標的拷貝。所以函式的形參實際上是一個指標。但是為了使程式設計師新手容易上手一些，編譯器也接受陣列形式的函式形參。因此下面兩種函式原型是相等的：
intprint_array(int*arr);
intprint_array(intarr[]);
我們可以使用任何一種宣告，但哪一個更準確一些呢？答案是指標。因為實參實際上是個指標，而不是陣列。同樣 sizeof arr 值是指標的長度，而不是陣列的長度。
現在我們清楚了，為什麼一維陣列中無須寫明它的元素數目了，因為形參只是一個指標，並不需要為陣列引數分配記憶體。另一方面，這種方式使得函式無法知道陣列的長度。如果函式需要知道陣列的長度，它必須顯式傳遞一個長度引數給函式。
2.2 多維陣列
如果某個陣列的維數不止1個，它就被稱為多維陣列。接下來的案例講解以二維陣列舉例。
voidtest01(){
//二維陣列初始化
intarr1[3][3]={
{1,2,3},
{4,5,6},
{7,8,9}
};
intarr2[3][3]={1,2,3,4,5,6,7,8,9};
intarr3[][3]={1,2,3,4,5,6,7,8,9};
//列印二維陣列
for(inti=0;i<3;i++){
for(intj=0;j<3;j++){
printf("%d",arr1[i][j]);
}
printf("\n");
}
}
2.2.1 陣列名
一維陣列名的值是一個指標常量，它的型別是“指向元素型別的指標”，它指向陣列的第 1 個元素。多維陣列也是同理，多維陣列的陣列名也是指向第一個元素，只不過第一個元素是一個數組。例如：
intarr[3][10]
可以理解為這是一個一維陣列，包含了 3 個元素，只是每個元素恰好是包含了 10 個元素的陣列。arr 就表示指向它的第1個元素的指標，所以 arr 是一個指向了包含了 10 個整型元素的陣列的指標。
2.2.2 指向陣列的指標(陣列指標)
陣列指標，它是指標，指向陣列的指標。
陣列的型別由元素型別和陣列大小共同決定：int array[5]的型別為int[5]；
C 語言可通過 typedef 定義一個數組型別：
定義陣列指標有一下三種方式：
//方式一
voidtest01(){
//先定義陣列型別，再用陣列型別定義陣列指標
intarr[10]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
//有typedef是定義型別，沒有則是定義變數,下面程式碼定義了一個數組型別ArrayType
typedefint(ArrayType)[10];
//intArrayType[10];//定義一個數組，陣列名為ArrayType
ArrayTypemyarr;//等價於intmyarr[10];
ArrayType*pArr=&arr;//定義了一個數組指標pArr，並且指標指向陣列arr
for(inti=0;i<10;i++){
printf("%d",(*pArr)[i]);
}
printf("\n");
}
//方式二
voidtest02(){
intarr[10];
//定義陣列指標型別
typedefint(*ArrayType)[10];
ArrayTypepArr=&arr;//定義了一個數組指標pArr，並且指標指向陣列arr
for(inti=0;i<10;i++){
(*pArr)[i]=i+1;
}
for(inti=0;i<10;i++){
printf("%d",(*pArr)[i]);
}
printf("\n");
}
//方式三
voidtest03(){
intarr[10];
int(*pArr)[10]=&arr;
for(inti=0;i<10;i++){
(*pArr)[i]=i+1;
}
for(inti=0;i<10;i++){
printf("%d",(*pArr)[i]);
}
printf("\n");
}
2.2.3 指標陣列(元素為指標)
2.2.3.1 棧區指標陣列
//陣列做函式函式，退化為指標
voidarray_sort(char**arr,intlen){
for(inti=0;i<len;i++){
for(intj=len-1;j>i;j--){
//比較兩個字串
if(strcmp(arr[j-1],arr[j])>0){
char*temp=arr[j-1];
arr[j-1]=arr[j];
arr[j]=temp;
}
}
}
}
//列印陣列
voidarray_print(char**arr,intlen){
for(inti=0;i<len;i++){
printf("%s\n",arr[i]);
}
printf("----------------------\n");
}
voidtest(){
//主調函式分配記憶體
//指標陣列
char*p[]={"bbb","aaa","ccc","eee","ddd"};
//char**p={"aaa","bbb","ccc","ddd","eee"};//錯誤
intlen=sizeof(p)/sizeof(char*);
//列印陣列
array_print(p,len);
//對字串進行排序
array_sort(p,len);
//列印陣列
array_print(p,len);
}
2.2.3.2 堆區指標陣列
//分配記憶體
char**allocate_memory(intn){
if(n<0){
returnNULL;
}
char**temp=(char**)malloc(sizeof(char*)*n);
if(temp==NULL){
returnNULL;
}
//分別給每一個指標malloc分配記憶體
for(inti=0;i<n;i++){
temp[i]=malloc(sizeof(char)*30);
sprintf(temp[i],"%2d_helloworld!",i+1);
}
returntemp;
}
//列印陣列
voidarray_print(char**arr,intlen){
for(inti=0;i<len;i++){
printf("%s\n",arr[i]);
}
printf("----------------------\n");
}
//釋放記憶體
voidfree_memory(char**buf,intlen){
if(buf==NULL){
return;
}
for(inti=0;i<len;i++){
free(buf[i]);
buf[i]=NULL;
}
free(buf);
}
voidtest(){
intn=10;
char**p=allocate_memory(n);
//列印陣列
array_print(p,n);
//釋放記憶體
free_memory(p,n);
}
2.2.4二維陣列三種引數形式
2.2.4.1 二維陣列的線性儲存特性
voidPrintArray(int*arr,intlen){
for(inti=0;i<len;i++){
printf("%d",arr[i]);
}
printf("\n");
}
//二維陣列的線性儲存
voidtest(){
intarr[][3]={
{1,2,3},
{4,5,6},
{7,8,9}
};
intarr2[][3]={1,2,3,4,5,6,7,8,9};
intlen=sizeof(arr2)/sizeof(int);
//如何證明二維陣列是線性的？
//通過將陣列首地址指標轉成Int*型別，那麼步長就變成了4，就可以遍歷整個陣列
int*p=(int*)arr;
for(inti=0;i<len;i++){
printf("%d",p[i]);
}
printf("\n");
PrintArray((int*)arr,len);
PrintArray((int*)arr2,len);
}
2.2.4.2 二維陣列的3種形式引數
//二維陣列的第一種形式
voidPrintArray01(intarr[3][3]){
for(inti=0;i<3;i++){
for(intj=0;j<3;j++){
printf("arr[%d][%d]:%d\n",i,j,arr[i][j]);
}
}
}
//二維陣列的第二種形式
voidPrintArray02(intarr[][3]){
for(inti=0;i<3;i++){
for(intj=0;j<3;j++){
printf("arr[%d][%d]:%d\n",i,j,arr[i][j]);
}
}
}
//二維陣列的第二種形式
voidPrintArray03(int(*arr)[3]){
for(inti=0;i<3;i++){
for(intj=0;j<3;j++){
printf("arr[%d][%d]:%d\n",i,j,arr[i][j]);
}
}
}
voidtest(){
intarr[][3]={
{1,2,3},
{4,5,6},
{7,8,9}
};
PrintArray01(arr);
PrintArray02(arr);
PrintArray03(arr);
}
2.3總結
2.3.1 程式設計提示
-
原始碼的可讀性幾乎總是比程式的執行時效率更為重要
-
只要有可能，函式的指標形參都應該宣告為 const。
-
在多維陣列的初始值列表中使用完整的多層花括號提高可讀性
2.3.2 內容總結
在絕大多數表示式中，陣列名的值是指向陣列第 1 個元素的指標。這個規則只有兩個例外，sizeof 和對陣列名&。
指標和陣列並不相等。當我們宣告一個數組的時候，同時也分配了記憶體。但是宣告指標的時候，只分配容納指標本身的空間。
當陣列名作為函式引數時，實際傳遞給函式的是一個指向陣列第 1 個元素的指標。
我們不單可以建立指向普通變數的指標，也可建立指向陣列的指標。