[C++知识库]C语言中按位取反操作符详解

写在前面

最近重新捡起C语言，发现很多知识点一知半解（以前学的很拉跨，都是囫囵吞枣，不求甚解的学习态度）。对按位取反操作运算的原理不是很清楚，网上看了很多讲解，讲的不是很清晰，只有一篇看着讲的很好：点击此处跳转。接下来，按照两种方法讲一下按位取反。

快捷使用

一种简单粗暴得到答案：

简单算出结果的公式：
设目标数为：X
则取反结果： ~X = -(X+1)

原理详解

另一种是原理详解：

补充说明

• 计算机中 二进制以补码格式存储于内存：十进制数是以二进制形式进行逻辑运算的。二进制中为了区分正负数，设定了符号位。正因为符号位的存在。计算机内存中存放二进制时是以补码的格式存储。即计算机中所有的二进制都是补码形式存在。那么对二进制取反操作是对其补码进行取反操作。
• 计算机中 所有的负数以其补码形式表示。
• 按位取反：对二进制补码进行取反。（0转1，1转0）。
• 原码：在数值前面增加一位符号位，0表示正数，1表示负数。
• 反码：正数的反码与原码相同；负数的反码对其原码逐位取反（符号位除外）。
• 补码：正数的补码与其原码相同；负数的补码是在其反码的末位＋1。

按位取反步骤：

1.十进制 → 2.二进制原码 → 3.二进制补码 → 4.按位取反 → 5.二进制原码 → 6.十进制
即：对(十进制)目标值X，先将其转为二进制表示，然后将转为其补码形式（正数和负数的补码有区别），之后对补码按位取反（包括符号位）（结果仍是补码），最后将取反后的补码转为其原码。最终得到结果十进制。

举例验证：

• 对正数6进行按位取反，即：~6.

 	1. 十进制    ：6。
	2. 二进制原码：0 0110。//（第一个0 表示符号位）
	3. 二进制补码：0 0110。
	4. 按位取反  ：1 1001。
	5. 二进制原码：1 0111。//（这里是对负数二进制转原码操作：减一、取反。下面是过程详解）
		5.1. 减一：1 1000；
		5.2. 取反：1 0111。//（符号位不取反，即结果和5中一样）
	6. 十进制    ：-7.

 补充 ：第4步按位取反后为 第5步 负数补码情况：上述是进行反向操作（减一，取反）。
 还有一种方法是：直接加一。最高位补一。如下：（我个人觉得没问题）

 	1. 十进制    ：6。
	2. 二进制原码：0 0110。//（第一个0 表示符号位）
	3. 二进制加一：0 0111。
	4. 高位补一  ：1 0111。
	5. 十进制    ：-7.

• 对负数-6进行按位取反，即：~-6.

 	1. 十进制    ：-6。
	2. 二进制原码：1 0110。//（第一个1 表示符号位）
	3. 二进制补码：1 1010。//（这里是对负数二进制转补码操作：取反、加一）
		3.1. 取反：1 1001；
		3.2. 加一：1 1010。//（符号位不取反，即结果和 3中一样）
	4. 按位取反  ：0 0101。
	5. 二进制原码：0 0101。
	6. 十进制    ：5。

代码验证

#include <stdio.h>

int main(void) { 
	int a=6;
	
	printf("~a: %d\n",~a);
	printf(" a: %d\n",~-a);  
	return 0;
}

程序输出结果：

以上是个人学习过程中的总结，转载需注明出处。欢迎交流。

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