C言語基礎知識21(演算子)

C言語の演算子について

1.目的

よく使うC言語の演算子の種類について理解する。
C言語の演算子の使い方について理解する。(ここでは簡単に説明する。)

C言語の演算子について

2.C言語の演算子の種類

　・算術演算子

　・代入演算子

　・論理演算子

　・比較演算子

　・条件演算子

　・ビット演算子

　・複合演算子

　これ以外にもある。

　(1) 算術演算子

算術演算子
演算子(記号)	種別	例	意味
+	加算	x + y	xにyを加える。
-	減算	x - y	xからyを引く。
*	乗算	x * y	xにyをかける。
/	除算	x / y	xをyで割る。
%	剰余算	x % y	xをyで割った余りを求める。

　使い方と実行結果：https://paiza.io/projects/w7OvE-mpqvljL_R42NiYoQ?language=c

　(2) 代入演算子

代入演算子
演算子(記号)	種別	例	効果
=	単純代入	a=b	代入
+=	加算代入	a+=b	加算して代入
-=	減算代入	a-=b	減算して代入
*=	乗算代入	a*=b	乗算して代入
/=	除算代入	a/=b	除算して代入
%=	剰余代入	a%=b	乗余して代入

　(3) 論理演算子

論理演算子
演算子(記号)	種別	例	意味
&&	論理積（AND）	a && b	aとbが共に真の場合「真」
\|\|	論理和（OR）	a \|\| b	aまたはbが真の場合「真」
!	否定（NOT）	!a	aが偽の場合「真」、aが真の場合「偽」

　参考：論理演算子（ブール演算子）とは - 意味をわかりやすく - IT用語辞典 e-Words

　(4) 比較演算子

比較演算子
演算子	一般的な読み	例	意味
<	小なり	a < b	aはbより小さい
<=	小なりイコール	a <= b	aはb以下
>	大なり	a > b	aはbより大きい
>=	大なりイコール	a >= b	aはb以上
==	イコール	a == b	aとbは等しい
!=	ノットイコール	a != b	aとbは異なる

　使い方と実行結果：https://paiza.io/projects/AuQ9jku9QVG7lBRkQIq-Dw?language=c

　(5) 条件演算子

条件演算子
演算子(記号)	種別	例	意味
? :	条件演算子	a ? b : c	aが真ならbが実行、aが偽ならcが実行。

　使い方と実行結果：https://paiza.io/projects/DUERHNLofoyIB-Epbu-qug?language=c

　(6) ビット演算子

ビット演算子
演算子(記号)	種別	例	意味
&	ビット毎のAND	a & b	aとbのビット単位のAND
\|	ビット毎のOR	a \| b	aとbのビット単位のOR
^	ビット毎の排他的OR	a ^ b	aとbのビット単位の排他的OR
<<	左シフト	a << b	aをbビット分、左へシフト
>>	右シフト	a >> b	aをbビット分、右へシフト
~	ビット単位の反転	~a	aの各ビットを反転

　真理値表(AND,OR,XORの計算結果を示す)

A	B	A&B(AND)	A\|B(OR)	A^B(XOR)
0	0	0	0	0
1	0	0	1	1
0	1	0	1	1
1	1	1	1	0

　(7) 複合演算子

　C言語では、下記のように略して書くことがある。

複合演算子
演算子(記号)	種別	例	意味
&=	ビット単位のAND代入	a &= b	aとbのビット単位のANDして代入
\|=	ビット単位のOR代入	a \|= b	aとbのビット単位のORして代入
^=	ビット単位の排他OR代入	a ^=b	aとbのビット単位の排他的ORして代入
<<=	左シフト代入	a<<=b	左にシフトして代入
>>=	右シフト代入	a>>=b	右にシフトして代入

3.ビット演算子の使い方

　これは、2進数で考えて使用する。(0bというのは2進数を示す)

　例：0b0011 & 0b0101 = 0b0001

　　　0b0011 | 0b0101 = 0b0111

　　　0b0011^ 0b0101 = 0b0110

　　　となる。

　・ A << B は、A の値を B ビットだけ左にシフト

　　(Bの分だけ、0を付ける。)
　　例：0b1<<3 は、0b1000

　　　　0b10011011 << 3 は 0b11011000

　・ A >> B は、A の値を B ビットだけ右にシフト
　　例：0b10011010 >> 2 は 0b00100110

　・ ~Aは、Aのビットパターンを反転する。

　　例：~0001は1110

　　　　~001000は、110111

　　　※ビットパターンの反転は、整数の補数を求める。

　　　補数：加算するとすべてのビットが1(ON)になる値。

　　例2：0001 & ~0001 = 1111 と、すべてが1になる。

　　　※ビット列を反転すると、

　　　・符号なしでは整数で加算すると最大値

　　　・符号付き整数では、加算すると-1になる。

　　　このビット演算子は、組み込みでは、

　　　レジスタ操作や通信を行う際に非常によく使う。

4.複合演算子の使い方

　例1：変数Aのnビット目を1にしたい場合どう書くか。

　A = 0b0010
　n = 3　とし、 3ビット目を1にするつまり、A= 0b1010になるためには、

　A と0b1000のORを取ってやればよい。

　※0b0010 | 0b1000 = 1010

　よって、1<<3で0b01000を作成

　それをAとORを取る。

　式で書くと。
　A = A|1<< 3
　これを複合演算子で書くと。
　A |= 1<<3　となる。

　よって、変数Aのnビット目を1にしたい場合
　A |= 1<< n とすればよい。

　確認：https://paiza.io/projects/fqABB39C1He0rRgQ4WaIVg?language=c

　例2：変数Aのnビット目を0にする。

　A = 0b1110
　n = 3　とした場合

　3ビット目を0(A= 0b0110)になるためには、

　Aと0111のANDを取ればよい。

　※0b1110 & 0b0111 = 0b0110

　よって、~(1<<3)で0b0111を作成

　それをAとANDを取る。

　式で書くと。

　A = A& ~ (1<<3)

　これを複合演算子で書くと。

　A&=~(1<<3)となる。

　よって、変数Aのnビット目を0にする場合

　A&=~(1<<n)　とすればよい。

　確認：https://paiza.io/projects/EUCDMN-xEaxWbxhM8C0BhQ?language=c

　これらの考え方は、組み込みのレジスタ操作などに使える。

5.プログラム作成(論理演算子と比較演算子の確認)

#include <stdio.h>
int main(void){
    // Your code here!
    int b=6;
    int c=7;

    //論理演算子
    printf("b=%d,c=%d\n",b,c);
    
    if(b>6 && c>6)  //b>6かつc>6か確認
    {
        printf("b>6かつc>6である。\n");//b>6とc>6を満たす時実行
    }else
    {
         printf("b>6かつc>6ではない。\n");//b>6とc>6を満たさない時実行        
    }
    
    if(b>6 || c>6)   //b>6又はc>6か確認
    {
        printf("b>6またはc>6である。\n");//b>6かc>6のどちらかを満たす時実行
    }else
    {
         printf("b>6またはc>6ではない。\n");//b>6、c>6のどちらかも満たさない時実行        
    }
    
    // !がついてるので、ノットイコールの時
    if(!(b==6)) //b = 6ではないか確認
    {
        printf("b=6ではない。\n"); //b = 6でない時実行
    }else
    {
         printf("b=6である。\n"); //b = 6の時実行       
    }
}

　実行結果：https://paiza.io/projects/AuQ9jku9QVG7lBRkQIq-Dw?language=c

6.プログラム作成(条件演算子の確認)

#include <stdio.h>
int main(void){
    // Your code here!
    int a=7;
    int b=7;
    int c=6;
    int d = 0;
    printf("a=%d,b=%d,c=%d\n",a,b,c);
    //条件演算子
    //a==b?A:Bは、a==bの時Aを実行、a==bではない時Bを実行
    a == b ? printf("a=bである\n") : printf("a=bじゃない\n");
    b == c ? printf("b=cである\n") : printf("b=cじゃない\n");
    
    //d=(a==b)?1:0は、a==bの時、d=1、a==bでは無い時、d=0
    d=(a==b) ? 1 : 0;
    printf("d=%d\n",d);
    
    //変数代入
    a = 7;
    b = 8;
    //aがbより大きい時      a = a
    //aがbより大きくない時  a = b　とする。(最大値上限設定などに使える)
    a = a>b?a:b;
    printf("a = %d\n",a);
}

　実行結果：https://paiza.io/projects/DUERHNLofoyIB-Epbu-qug?language=c

7.プログラム作成(ビット演算子の確認)

#include <stdio.h>

//2進数変換関数
//引数：数値
//機能：入力した数値の2進数をprintfで出力する。
void second(int decimal)
{
  /* 変数の宣言 */
  int binary = 0;
  int base = 1;
 
  /* 10進数を2進数に変換 */
  while(decimal>0){
    binary = binary + ( decimal % 2 ) * base;
    decimal = decimal / 2;
    base = base * 10;
  }
 
  /* 変換した2進数の出力 */
  printf("%d\n", binary);
 
}


int main(void){
    int a = 0b1000|0b0100 ;
    printf("0b1000 | 0b0100=");
    second(a);
    
    int b = 0b1000&0b1100;
    printf("0b1000 & 0b1100=");
    second(b);
    
    int c = a<<1;
    printf("1100<<1 =");
    second(c);
    
    int d = a>>1;
    printf("1100>>1 =");
    second(d);
}

　実行結果：https://paiza.io/projects/6EWx-frf60ZGloPEJMxjAA?language=c

8.プログラム作成(ビット演算子と複合演算子の確認)

　上記4.複合演算子の使い方の内容を出力で確認するプログラム

#include <stdio.h>

//2進数変換関数
//引数：数値
//機能：入力した数値の2進数をprintfで出力する。
void second(int decimal)
{
  /* 変数の宣言 */
  int binary = 0;
  int base = 1;
 
  /* 10進数を2進数に変換 */
  while(decimal>0){
    binary = binary + ( decimal % 2 ) * base;
    decimal = decimal / 2;
    base = base * 10;
  }
 
  /* 変換した2進数の出力 */
  printf(" 2進数 = %d\n", binary);
 
}


int main(void){
    //変数A,Bのnビット目を1にするプログラム
    int A;
    int B;
    int n;
    
    A = 0b0010;
    B = 0b0010;
    n = 3;
    
    A = A|1<<3;
    printf("A = %d\n",A);
    second(A);

    B|=1<<n;
    printf("B = %d\n",B);
    second(B);
}

　実行結果：https://paiza.io/projects/fqABB39C1He0rRgQ4WaIVg?language=c

#include <stdio.h>

//2進数変換関数
//引数：数値
//機能：入力した数値の2進数をprintfで出力する。
void second(int decimal)
{
  /* 変数の宣言 */
  int binary = 0;
  int base = 1;
 
  /* 10進数を2進数に変換 */
  while(decimal>0){
    binary = binary + ( decimal % 2 ) * base;
    decimal = decimal / 2;
    base = base * 10;
  }
 
  /* 変換した2進数の出力 */
  printf(" 2進数 = %d\n", binary);
 
}


int main(void){
    //変数A,Bのnビット目を1にするプログラム
    int A;
    int B;
    int n;
    
    A = 0b1110;
    B = 0b1110;
    n = 3;
    
    A = A & ~(1<<3);
    printf("A = %d\n",A);
    second(A);
 
    B&=~(1<<n);
    printf("B = %d\n",B);
    second(B);
}