Операторы отношения и логические операторы

Операторы отношения применимы для вычисления соотношений между операндами. Логические операторы, используя правила формальной логики, также возвращают соотношения между операндами. Поскольку операторы отношения и логические операторы часто применяются вместе, то мы рассмотрим их также вместе.

Ключевой концепцией операторов отношения и логических операторов является понятие истины и лжи. В С истине соответствует любое значение, кроме 0, а лжи — 0. Выражение, использующее операторы отношения или логические операторы, возвращают 0 для лжи и 1 для истины.

Таблица: Операторы отношения и логические операторы
Операторы отношения
Оператор	Действие
>	Больше чем
>=	Больше чем или равно
<	Меньше чем
<=	Меньше чем или равно
==	Равно
!=	Не равно
Логические операторы
&&	И
||	ИЛИ
!	НЕ

Таблица показывает операторы отношения и логические операторы. Таблица истинности для логических операторов образована с использованием на входах 1 и 0:

p	q	p&&q	p||q	!p
0	0	0	0	1
0	1	0	1	1
1	1	1	1	0
1	0	0	1	0

Как операторы отношения, так и логические операторы имеют более низкий приоритет по сравнению с арифметическими операторами. Это означает, что выражение типа 10 > 1+12 вычисляется как 10 > (1 + 12). Результатом, естественно, будет ложь.

В выражении может объединяться несколько операторов, как показано ниже: 10 > 5 && 1(10 < 9) II 3 <= 4 в результате чего получаем истину.

Ниже показаны приоритеты выполнения операторов отношения и логических операторов:

высший	! > >= < <=  &&
низший	||

Как и в арифметических выражениях, возможно использование круглых скобок для изменения естественного порядка вычисления операторов отношения или логических операторов. Например: ! 1 && 0 даст в результате 0, поскольку ! вычисляется первым, а затем вычисляется &&. Если в этом выражении поставить скобки следующим образом: ! (1 && 0) то получится истина.

Надо помнить, что все выражения с операторами отношения и логическими операторами дают в результате 0 или 1. Поэтому следующий фрагмент программы не только корректен, но и печатает число 1: int x; x = 100; printf("%d", x > 1);

Битовые операторы

В противоположность большинству языков, С поддерживает все существующие битовые операторы. Поскольку С создавался, чтобы заменить ассемблер, то была необходимость поддержки всех (или по крайней мере большинства) операции, которые может выполнить ассемблер. Битовые операции — это тестирование, установка или сдвиг битов в байте или слове, которые соответствуют стандартным типам языка С char и int. Битовые операторы не могут использоваться с float, double, long double, void и другими сложными типами. Таблица содержит имеющиеся операторы.

Таблица: Битовые операторы
Оператор	Действие
&	И
|	ИЛИ
^	Исключающее ИЛИ
~	Дополнение
>>	Сдвиг вправо
<<	Сдвиг влево

Битовые операторы И, ИЛИ, НЕ используют ту же таблицу истинности, что и их логические эквиваленты, за тем исключением, что они работают побитно. Исключающее ИЛИ имеет следующую таблицу истинности:

р	q	p^q
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

Как следует из таблицы, исключающее ИЛИ выдает истину, если только один из операндов истинен. В противном случае получается ложь.

Битовые операторы наиболее часто применяются при разработке драйверов устройств, например программ для модемов, дисков и принтеров, поскольку битовые операторы могут использоваться для выключения некоторых битов, например четности. (Бит четности используется для подтверждения того, что остальные биты в байте не изменялись. Он, как правило, является старшим битом в байте.)

Битовое И чаще всего используется для выключения битов То есть любой бит, установленный в 0, вызывает установку соответствующего бита в Другом операнде также в 0. Например, следующая функция читает символы из порта модема, используя функцию read_modem(), и сбрасывает бит четности в 0. char get_char_from_modem(void) { char ch; ch = read_modem (); /* получение символа из порта модема * / return (ch & 127); }

Четность отображается восьмым битом, который устанавливается в 0 с помощью битового И, поскольку биты с номерами от 1 до 7 установлены в 1, а бит с номером 8 — в 0. Выражение ch & 127 означает, что выполняется битовая операция И между битами переменной ch и битами числа 127. В результате получим ch со сброшенным старшим битом. В следующем примере предполагается, что ch имеет символ 'А' и имеет бит четности:

	бит четности
	|
	11000001	ch содержит 'А' с битом четности
	01111111	127 в двоичном представлении выполнение битового И
&	---------------
	01000001	'А' без бита четности

Битовое ИЛИ может использоваться для установки битов. Любой бит, установленный в любом операнде, вызывает установку соответствующего бита в другом операнде. Например, в результате операции 128 | 3 получаем

	10000000	128 в двоичном представлении
	00000011	3 в двоичном представлении
|	--------------	битовое ИЛИ
	10000011	результат

Исключающее ИЛИ или как его называют, XOR устанавливает бит, если соответствующие биты в операндах отличаются. Например, в результате операции 127 ^ 120 получаем

	01111111	127 в двоичном представлении
	01111000	120 к двоичном представлении битовое исключающее
^	--------------	ИЛИ
	00000111	результат

В общем, битовые И, ИЛИ и исключающее ИЛИ применяются к каждому биту переменной. Поэтому битовые операторы обычно не используются в условных операторах, которыми являются операторы отношения и логические операторы. Например: если х содержит 7, то х && 8 выдаст 1, в то время как х & 8 выдаст 0.

ПАМЯТКА: Операторы отношений и логические операторы всегда в качестве результата выдают 0 или 1, в то время как аналогичные им битовые операторы могут создать любое число в соответствии с их работой, другими словами, битовые операторы могут создать значения, отличные от 0 или 1, тогда как логические операторы всегда выдают 0 или 1.

Операторы сдвига >> и << сдвигают биты в переменной вправо и влево на указанное число. Общий вид оператора сдвига вправо:

переменная >> число сдвигов

а общий вид оператора сдвига влево:

переменная << число сдвигов

Помните, что сдвиг — это не то же самое, что и вращение, то есть биты, сдвигающиеся на один конец, не появляются с другого. Сдвинутые биты теряются, а с другого конца появляются нули. В том случае, если вправо сдвигается отрицательное число, слева появляются единицы (поддерживается знаковый бит).

Операции битового сдвига могут быть полезны при декодировании информации от внешних устройств  и для чтения информации о статусе. Операторы битового сдвига могут также использоваться для выполнения быстрого умножения и деления целых чисел. Сдвиг влево равносилен умножению на 2, а сдвиг вправо -  делению на 2, как показано в таблице.

	Битовое представление х после выполнения каждого оператора	Значение х
char х;
x = 7; x = x << 1; x = x << 3; x =  x << 2; х = х >> 1; x = x >> 2;	00000111 00001110 01110000 11000000 01100000 00011000	7 14 112 192 96 24
Каждый сдвиг влево приводит к умножению на 2. Обратим внимание, что после сдвига х << 2 информация теряется, поскольку биты сдвигаются за конец байта. Каждый сдвиг вправо приводит к делению на 2. Обратим внимание, что деление не вернуло потерянные биты.

Оператор дополнение, ~, инвертирует состояние каждого бита указанной переменной, то есть 1 устанавливается в 0, а 0 — в 1.

Битовые операторы часто используются в процедурах шифрования. Если есть желание сделать дисковый файл нечитабельным, можно выполнить над ним битовую операцию. Одним из простейших методов является использование битового дополнения для инверсии каждого бита в байте, как показано ниже:

Исходный байт После первого дополнения После второго дополнения

00101100 11010011 00101100

Надо обратить внимание, что в результате выполнения двух битовых дополнений получаем исходное число. Следовательно, первое дополнение будет создавать кодированную версию байта, а второе будет декодировать.

Можно использовать показанную ниже функцию encode() для кодирования символа: /* Простейшая шифрующая функция */ char encode(code ch) { return(~ch); /* дополнение */ }