C語言按位取反詳解

一、基本概念

按位取反是一種操作，用於改變二進制數每一位的值，使0變成1，1變成0。

在C語言中，按位取反使用 ~ 符號進行表示。

  int a = 10;  //a的二進制表示為 0000 1010
  int b = ~a;  //按位取反後，b的二進制表示為 1111 0101

二、按位取反的應用

1. 二進制運算

按位取反可以用於邏輯運算中的「非」操作。

  int a = 10;   //a的二進制表示為 0000 1010
  int b = ~a;   //按位取反後，b的二進制表示為 1111 0101
  /*
   * 在邏輯運算中，0表示false，1表示true
   * 所以,a = 10表示true，~a = -11也表示true
   * a的二進制表示為 0000 1010，b的二進制表示為 1111 0101
   * 因為-11和-1、-10等是true，所以b的值為true
   */
  if (~a) {
    printf("true");
  } else {
    printf("false");
  }

2. 原地交換數據

按位取反還可以用於原地交換兩個數的值。

  int a = 10;  //a的二進制表示為 0000 1010
  int b = 20;  //b的二進制表示為 0001 0100
  
  a = a ^ b;   //a的二進制表示為 0001 1110
  b = a ^ b;   //b的二進制表示為 0000 1010，即10
  a = a ^ b;   //a的二進制表示為 0001 0100，即20

三、按位取反注意事項

1. 數據類型限制

按位取反只能作用於整型數據。

  float a = 10.0;
  float b = ~a;    //錯誤，浮點型數據無法使用按位取反操作

2. 運算符優先級

按位取反的運算符優先級比較低，所以需要注意使用括號進行運算控制。

  int a = 10;
  int b = ~a + 1;  //錯誤，~a的優先級比+低，需要使用括號改變優先級
  int c = (~a) + 1;

3. 正負號問題

在按位取反一般情況下，會將數據的符號改變。對於整數來說，取反後最高位的值為1（負數的符號位）;對於負數來說，取反後最高位的值變為0（正數的符號位）。

  int a = 10;    //a的二進制表示為 0000 1010
  int b = ~a;    //按位取反後，b的二進制表示為 1111 0101，即-11
  int c = ~b;    //再次取反後，c的二進制表示為 0000 1010，即10

四、示例代碼

#include 

int main()
{
    int a = 10;
    int b = ~a;
    printf("a = %d\n", a);
    printf("~a = %d\n", b);
    
    if (~a) {
        printf("true\n");
    } else {
        printf("false\n");
    }
    
    int c = 20;
    printf("swap before: a=%d b=%d\n", a, c);
    a = a ^ c;
    c = a ^ c;
    a = a ^ c;
    printf("swap after: a=%d b=%d\n", a, c);
    
    return 0;
}