关于小端和大端的位取反运算符（C语言中的~）

Question

这与一份作业有关，但不是作业本身。

我很难理解在编译到大端机器和小端机器时，按位取反（C 中的 ~）对有符号整数和无符号整数的影响是否有所不同。

字节是否真的“颠倒了”，如果是这样的话，按位取反（及其他运算符）会导致在不同类型的机器上生成不同的结果。

顺带一提，在 C 中，每个按位运算符的答案都是相同的吗？还是很大程度上取决于具体情况？

我所指的运算符包括：

~  /* bitwise Not */
&  /* bitwise And */
|  /* bitwise Or */
^  /* bitwise Exclusive-Or */

提前感谢您！

更新：在阅读到目前为止我的回答时，我感到有必要问一下按位非运算符是否会影响signed int的符号位。我有点困惑，因为我忘记了所有这些愚蠢的事情。Adam似乎在说所有值都被视为无符号。符号位是否重新应用，还是曾经带符号的值变成了无符号？

- Frank V

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你列出的运算符是位运算符，而不是逻辑运算符。在C语言中，逻辑运算符是&&、||和!。 - sth

按位非运算符确实会影响符号位。但是值并不会“变成”无符号的。对于有符号整数类型，~ 的结果就是将输入的每个位取反得到的有符号值。因此，负值的 ~ 总是非负的，而非负值的 ~ 总是负的。 - Steve Jessop

Answer 1

按位运算符和逻辑运算符在大端和小端机器上的操作完全相同。 同样，在有符号和无符号数据上也会产生相同的结果：结果就像所有内容都是无符号的一样。 因此，如果x和y是有符号整数，则~x等于(int)(~((unsigned int)x)，x&y等于(int)(((unsigned int)x)&((unsigned int)y)，对于所有其他运算符也是如此。

- Adam Rosenfield

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右侧，字节序在通过指针算术/寻址游戏寻址整数的单个字节之前并不重要。另外，FYI列出的运算符不受有符号性的影响，但是右移运算符 >> 可能会受到影响。 - John Kugelman

那么，~54321总是会得出703710的结果吗？ - Frank V

不，位数不变，但数值解释会有所不同。使用带符号的二进制补码整数，~n = -n-1。 ~4321 = -4322。 - John Kugelman

Answer 2

正如@Adam的答案所述，由于这些操作符逐位进行操作，字节顺序并不重要！例如，对于每个有符号整数x，无论x在字节中占用多少位，以及机器的字节序（只要使用二进制补码算术-是否还有任何未使用二进制补码算术的机器？），都有(~x) == (-x-1)。

- Alex Martelli

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是的，我指出依赖于二补数算术（根据我的了解，在人类一代或更长时间内，这种算术已经在 CPU 中普遍应用），而不是字节序。 - Alex Martelli

Answer 3

逻辑运算符只关心它们的参数是否为零，而不关心这些值在内存中的实际表示方式。因此，在逻辑操作中，字节序并不重要。

位运算符始终作用于其参数的所有位，并且它们对不同的位位置单独产生影响（结果中的第5位仅取决于输入中的第5位）。它们不关心位的存储顺序或某些位可能对数据类型具有特殊含义，它们只处理所有位。因此，在这里字节序也不重要，因为简单地影响了所有位，无论其顺序如何。

- sth