整数值的 NOT 运算

Question

我知道 ~ 运算符不操作。但我无法弄清楚以下程序的输出（即-65536）。到底发生了什么？

#include <stdio.h>

int main(void) {
  int  b = 0xFFFF;
  printf("%d",~b);
  return 0;
}

Answer 1

它正在做一个按位补码，这个输出可以帮助你更好地理解发生了什么：

std::cout <<  std::hex << " b: " << std::setfill('0') << std::setw(8) <<  b
           << " ~b: " <<  (~b) << " -65536: " << -65536 << std::endl ;

我收到的结果如下：

b: 0000ffff ~b: ffff0000 -65536: ffff0000

所以我们将低 16 位设置为1，这给了我们0000ffff，然后我们做一个补码，将低 16 位设置为0，将高 16 位设置为1，这给了我们ffff0000 等于十进制的-65536。

在这种情况下，由于我们使用的是按位运算，因此检查十六进制数据可以让我们对正在发生的事情有所了解。

Answer 2

您的评论：

如果不是 'b' .. 那么输出应该是 0 但为什么是 -65536

表明您期待以下结果：

uint32_t  x = 0xFFFF;
uint32_t y = ~x;

成为0。

这对于 逻辑 非操作是正确的，例如：

uint32_t x = 0xFFFF;
uint32_t y = !x;

...但是operator~ 不是 logical NOT，而是 bitwise not。有很大的不同。

对于非 0 值，逻辑返回 0（或对于真值返回 false），对于 0 值返回 1。

但是按位不会反转给定值中的每个位。所以0xF的二进制NOT：

0x0F:  00000000 11111111
~0x0F: 11111111 00000000

不是零，而是0xF0。

Answer 3

对于整数中的每个二进制数，按位 NOT 运算将所有 1 变为 0，并将所有 0 变为 1。

所以十六进制0xFFFF是二进制1111 1111 1111 1111（每个十六进制字符为4位，而F为15，四位全为1）

你设置了一个 32 位整数，这意味着它现在是：

0000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1111

然后你不是它，这意味着它是：

1111 1111 1111 1111 0000 0000 0000 0000

最高位是签名位（无论是正数还是负数），所以它给出一个负数。

Answer 4

结果取决于有符号整数在您的平台上的表示方式。最常见的表示是使用“2s 补码”算法来表示负值的 32 位值。也就是说，负值-x 由与无符号值2^32 - x 相同的位模式表示。

在这种情况下，原始位模式设置了低 16 位：

0x0000ffff

按位取反清除这些位并设置高 16 位：

0xffff0000

将此解释为负数给出值-65536。

通常，在处理按位运算时，您会希望使用无符号类型，以避免这种混淆。

Answer 5

假设 32 位整数

int  b = 0xFFFF; => b = 0x0000FFFF
~b = 0xFFFF0000

现在设置了最高位。假设2s complement，这意味着我们有一个负数。反转其他位然后加一个得到0x00010000 或65536

Answer 6

当您将 16 位值 0xffff 分配给 32 位整数 b 时，变量 b 实际上变为 0x0000ffff。这意味着当您执行 按位补码 时，它变为 0xffff0000，与十进制 -65536 相同。

Answer 7

C++ 中的 ~ 运算符是按位 NOT 运算符。它也称为按位补码。这是翻转您的 signed 整数的位。

例如，如果你有

 int b = 8;
 // b in binary = 1000
 // ~b = 0111

这将翻转表示提供的初始整数值的位。