編譯器版本:?gcc.exe (Rev3, Built by MSYS2 project) 12.1.0

windows 版本: win11

VsCode版本:?1.70.1 (system setup)

經(jīng)過幾個月的刻苦學(xué)習(xí)，對 C 語言有有了新的了解，在本文中，將使用按位操作將 int 整型轉(zhuǎn)換為 2 進制字符串?；逎y懂的部分將給出解釋，看不懂的地方可以多看幾遍，或者在評論區(qū)進行討論。

設(shè)計思路

在計算機中所有的數(shù)據(jù)都以 2 進制的形式儲存，int 整型也不例外，我們以高位向低位的順序依次讀取每一位的數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)映射到 2 進制字符串中。無論在?win32 還是?win64 中，int 都以 4 字節(jié) (Byte) 大小進行儲存，每一個字節(jié) (Byte) 占用 8 比特 ( bit )，數(shù)據(jù)位一共為 32 bit，即 32 位，我們知道 32 位的數(shù)據(jù)一共可以表示 2^32 次方個數(shù)，通過 32 個不同位置的 bit?進行表示。

那么，要如何讀取特定位置的信息呢？在 C?語言中，提供了一些按位操作符：&(按位與)，|(按位或)，^(按位異或) ，<<(左移)，>>(右移)，通過常用的這五個操作符，可以將特定位置的數(shù)據(jù)讀取出來，如果想要查看更多按位操作符，可以在 <iso646.h> 頭文件中查看，這里不在贅述。按位操作是有使用前提條件的，按位操作只對整型變量有意義，對其他如浮點型數(shù)據(jù)無意義，浮點類型數(shù)據(jù)以另一種方式進行存儲。接下來簡述這五個按位操作符的運算原則：按位與 —— &，雙目運算符，兩個相同位置上數(shù)的位運算，兩者為 1 ，結(jié)果為1。

按位或—— |，雙目運算符，兩個相同位置上數(shù)的位運算，其中一者為 1，結(jié)果為 1。

按位異或—— ^，雙目運算符，兩個相同位置上數(shù)的位運算，不帶進位的加法。

左移——<<，雙目運算符，將所有位向左移動 n 位，如 93 << 2，低位補零，高位銷毀。

右移——>>，雙目運算符，將所有的位向右移動 n 位，如 93 >> 2，高位補零，低位銷毀。

如上圖所示，如果我們想提取數(shù)?93 第 7 位的數(shù)據(jù)，先使用按位或?qū)⒌?6?位置 1，第 8 位置 1，然后使用按位異或?qū)⒌?6 位置 0，第 8 位置 0 ，最后使用移位，將第 7 位數(shù)據(jù)移動到第 1 位即可知道該位是 1 還是 0。

通過這種方法，可以讀取任意位置的數(shù)據(jù)。我們從高位向低位讀取數(shù)據(jù)，這樣方便字符數(shù)組存儲數(shù)據(jù)。

代碼實現(xiàn)

int 整型占用 4 字節(jié) 32 位，如果使用外部字符數(shù)組接收，其長度應(yīng)當(dāng)大于 32 ，但在實際開發(fā)過程中，我們?yōu)榱四軌蚋脙?yōu)化代碼，在函數(shù)內(nèi)部定義了一個臨時字符數(shù)組，其長度為 64，因此當(dāng)外部數(shù)組的長度小于 64 時，函數(shù)退出，這是為了保證字符串?dāng)?shù)組不被截斷或者溢出。

判斷應(yīng)當(dāng)位于所有入棧數(shù)據(jù)之前，當(dāng)發(fā)生錯誤時，不會因為其余數(shù)據(jù)入棧出棧而占用時間、空間上的開銷。

我們知道函數(shù)出棧后，數(shù)據(jù)就會被丟棄，可以通過傳遞二級指針來實現(xiàn)函數(shù)內(nèi)部操作外部數(shù)據(jù)。這是函數(shù)聲明：

形參 number?不是無符號 int，其高位表示這個數(shù)是否為負(fù)數(shù)，高位為 1 時，這個數(shù)為負(fù)數(shù)，高位為 0 時這個數(shù)為正數(shù)，但是這種讀取原則，可能干擾我們轉(zhuǎn)換為 2 進制的思路，可以將接收進來的 number 使用 unsigned int 接收，2 進制是不分正負(fù)的，當(dāng)一個特殊需求產(chǎn)生時，任何一個位都可以當(dāng)做正負(fù)號。

無論在 win32，還是 win64 平臺中，int 都是 4 字節(jié)，為了保險起見，我們使用 sizeof() 獲取占用的空間大小，* 8 是得到所有的 bit 數(shù)目。

這是代碼核心的部分，為了讀取特定位的數(shù)據(jù)，我們需要兩把刷子，將位左右的數(shù)據(jù)清洗掉。

代碼最關(guān)鍵的部分，我們使用 i，j，分別指定左邊刷子和右邊刷子的位置，在系統(tǒng)中，如果直接左移或者右移 32 位，系統(tǒng)就會認(rèn)定數(shù)據(jù)回到了原來的位置，所以位置不變，為了避免這種情況發(fā)生，我們先移動 31 位，再移動 1 位，移動其他位數(shù)時，不會產(chǎn)生影響。

左刷子 bitwiseLeft 是通過 0xFFFFFFFF 向左移 i 而得到的，在程序中刷子的位置是根據(jù) i 定位的，i 隨著程序運行逐漸變小，刷子逐漸向右移動。

右刷子 bitwiseRight 通過?0xFFFFFFFF 向右移 i 得到，在程序中刷子的位置根據(jù) j 定位，j 隨著程序運行而變大，刷子逐漸向右移動。

兩個刷子中間總是保留一位的數(shù)據(jù)供讀取。其運行軌跡如下圖。

將刷子的行為細(xì)分，它其實分兩個動作的，第一步，將不要的數(shù)據(jù)刷上漆，第二步，將刷漆的部分扯下來；它所對應(yīng)的部分是?（_number?|?bitwiseRight)?|?bitwiseLeft 刷左漆與右漆，^?bitwiseLeft?+?bitwiseRight 將刷漆的部分扯下來。剩下的就是要提取的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)的位置通過 i 鎖定，右移 i ，就可以將其移動到第一位，其值為 1 或 0，將其轉(zhuǎn)換為字符 1 或者 0，需要加上 48 ，字符 '0' 的 ASCII 編碼為 48，字符 '1' 的 ASCII 編碼為 49，通過加上常數(shù) 48 就可轉(zhuǎn)換為字符了，左邊?binary 數(shù)組的索引是 j ，j 隨著程序運行而增大，從 0 開始，至 31 結(jié)束，可以保存 32 位 2 進制值。

最后通過字符串復(fù)制函數(shù)將字符串復(fù)制到外部字符數(shù)組中。*recvArray 取 2 級指針的值，即外部字符數(shù)組的地址。

視覺優(yōu)化

到這里應(yīng)該就結(jié)束了，但實際運行中會出現(xiàn)很多 0 ，如輸入17?得到 00000000000000000000000000010001，我們可以通過簡單的語句將 0 消除，得到 10001。

感興趣的朋友可以研究一下這段代碼，說不定有意外收獲，解答在代碼展示下面。

代碼展示

解答

在 for 括號中，定義了 size_t 類型的變量，它和指針類型的長度是一致的。所以 j = (size_t)--pValidChar 是不會報錯的。

在括號中，定義了 i，j 兩個變量，通過判斷兩個變量值是否一致來決定函數(shù)出口，for 循環(huán)中只有一句語句，這句語句本質(zhì)上是一個三目運算，它分為判斷語句??*pValidChar ++ == 49 ，? 后面會有兩個分支，第一個分支是 ??與 : 中間的部分，它可以是一個表達式，也可以是一個值，第二個分支是 : 與?; 中間的部分，它可以是一個表達式，也可以是一個值。當(dāng)前面判斷語句結(jié)果為 true 時，返回第一個分支的值，若為 false 返回第二個分支的值；在此句中沒有變量接收返回的值，所以值會被丟棄；在兩個分支中還可以使用帶返回值的函數(shù)如 printf();

17 轉(zhuǎn)換為:10001 產(chǎn)生的輸出

在三目運算符中?j = (size_t)--pValidChar 運算是被允許的，但 j = printf("hello j:%lld\n") 就會報錯。