C语言按位取反详解

一、基本概念

按位取反是一种操作，用于改变二进制数每一位的值，使0变成1，1变成0。

在C语言中，按位取反使用 ~ 符号进行表示。

  int a = 10;  //a的二进制表示为 0000 1010
  int b = ~a;  //按位取反后，b的二进制表示为 1111 0101

二、按位取反的应用

1. 二进制运算

按位取反可以用于逻辑运算中的“非”操作。

  int a = 10;   //a的二进制表示为 0000 1010
  int b = ~a;   //按位取反后，b的二进制表示为 1111 0101
  /*
   * 在逻辑运算中，0表示false，1表示true
   * 所以,a = 10表示true，~a = -11也表示true
   * a的二进制表示为 0000 1010，b的二进制表示为 1111 0101
   * 因为-11和-1、-10等是true，所以b的值为true
   */
  if (~a) {
    printf("true");
  } else {
    printf("false");
  }

2. 原地交换数据

按位取反还可以用于原地交换两个数的值。

  int a = 10;  //a的二进制表示为 0000 1010
  int b = 20;  //b的二进制表示为 0001 0100
  
  a = a ^ b;   //a的二进制表示为 0001 1110
  b = a ^ b;   //b的二进制表示为 0000 1010，即10
  a = a ^ b;   //a的二进制表示为 0001 0100，即20

三、按位取反注意事项

1. 数据类型限制

按位取反只能作用于整型数据。

  float a = 10.0;
  float b = ~a;    //错误，浮点型数据无法使用按位取反操作

2. 运算符优先级

按位取反的运算符优先级比较低，所以需要注意使用括号进行运算控制。

  int a = 10;
  int b = ~a + 1;  //错误，~a的优先级比+低，需要使用括号改变优先级
  int c = (~a) + 1;

3. 正负号问题

在按位取反一般情况下，会将数据的符号改变。对于整数来说，取反后最高位的值为1（负数的符号位）;对于负数来说，取反后最高位的值变为0（正数的符号位）。

  int a = 10;    //a的二进制表示为 0000 1010
  int b = ~a;    //按位取反后，b的二进制表示为 1111 0101，即-11
  int c = ~b;    //再次取反后，c的二进制表示为 0000 1010，即10

四、示例代码

#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;
}