附录E 其他运算符

为了避免篇幅过长，有三组运算符没有在本书正文部分介绍。第一组是按位运算符，能够操纵值中的各个位；这些运算符是从C语言继承而来的；第二组运算符是两个成员解除引用运算符，它们是C++新增的；第三组是C++11新增的运算符：alignof和noexcept。本附录将简要地对这些运算符做一总结。

E.1 按位运算符

按位运算符对整数值的位进行操作。例如，左移运算符将位向左移，按位非运算符将所有的1变成0，所有的0变成1，C++共有6个这样的运算符：<<、>>、~、&、|和^。

E.1.1 移位运算符

左移运算符的语法如下：

其中，value是要被操作的整数值，shift是要移动的位数。例如，下面的代码将值13的所有位都向左移3位：

腾出的位置用0填充，超出边界的位被丢弃（参见图E.1）。

由于每个位都表示右边一位的2倍（参见附录A），所以左移一位相当于乘以2。同样，左移2位相当于乘以2²，左移n位相当于乘以2ⁿ。因此，13<<3的值为13 × 2³，即104。

图E.1 左移运算符

左移运算符提供了通常可以在汇编语言中找到的功能。不过，左移运算符在汇编语言中会直接修改寄存器的内容，而C++左移运算符生成一个新值，而不修改原来的值。例如，请看下面的代码：

上述代码不会修改x的值。表达式x<<3使用x的值来生成一个新值，就像x+3会生成一个新值，而不会修改x一样。

如果要用左移运算符来修改变量的值，则还必须使用赋值运算符。可以使用常规的赋值运算符或<<=运算符（该运算符将移动与赋值结合在一起）：

正如所期望的，右移运算符（>>）将位向右移，其语法如下：

其中，value是要移动的整数值，shift是要移动的位数。例如，下面的代码将值17中所有的位向右移两位：

对于无符号整数，腾出的位置用0填充，超过边界的位被删除。对于有符号整数，腾出的位置可能用0填充，也可能用原来最左边的位填充，这取决于C++实现（图E.2是一个用0填充的例子）。

图E.2 右移运算符

向右移动一位相当于除以2。向右移动n位相当于除以2ⁿ。

C++还定义了一个“右移并赋值”运算符，如果要用移动后的值替换变量的值，可以这样做：

在有些系统上，使用左移运算符（右移运算符）实现将整数乘（除）以2的速度比使用乘（除）法运算符更快，但由于编译器在优化代码方面越来越好，因此这种差异正在减小。

E.1.2 逻辑按位运算符

逻辑按位运算符类似于常规的逻辑运算符，只是它们用于值的每一位，而不是整个值。例如，请看常规的非运算符（!）和位非（或求反）运算符（～）。!运算符将true（或非零值）转换为false，将false值转换为true。～运算符将每一位转换为它的反面（1转换为0，0转换为1）。例如，对于unsigned char值3：

表达式!x的值为0。要知道~x的值，先把它写成二进制形式：00000011。然后将每个0转换为1，将每个1转换为0。这样将得到值11111100，在十进制中，为252（图E.3是一个16位的例子）。新值是原值的补值。

按位运算符OR（|）对两个整数值进行操作，生成一个新的整数值。如果被操作的两个值的对应位至少有一个为1，则新值中相应位为1，否则为0（参见图E.4）。

图E.3 按位非运算符

图E.4 按位运算符OR

表E.1对∣运算符的操作方式进行了总结。

表E.1 b1|b2的值

运算符| =组合了按位运算符OR与赋值运算符的功能：

按位运算符XOR（^）将两个整数值结合起来，生成一个新的整数值。如果原始值中对应的位有一个（而不是两个）为1，则新值中相应位为1；如果对应的位都为0或1，则新值中相应位为0（参见图E.5）。

图E.5 按位运算符XOR

表E.2总结了^运算符的结合方式。

表E.2 b1^b2的值

^ =运算符结合了按位运算符XOR和赋值运算符的功能：

按位运算符AND（&）将两个整数结合起来，生成一个新的整数值。如果原始值中对应位都为1，则新值中相应位为1，否则为0（参见图E.6）。

图E.6 按位运算符AND

表E.3总结了&运算符是如何运算的。

表E.3 b1&b2的值

& =运算符结合了按位运算符AND和赋值运算符的功能：

E.1.3 按位运算符的替代表示

对于几种按位运算符，C++提供了替代表示，如表E.4所示。它们适用于字符集中不包含传统按位运算符的区域。

表E.4 按位运算符的替代表示

这些替代表示让您能够编写下面这样的语句：

E.1.4 几种常用的按位运算符技术

控制硬件时，常涉及打开/关闭特定的位或查看它们的状态。按位运算符提供了执行这种操作的途径。下面简要地介绍一下这些方法。

在下面的示例中，lottabits表示一个值，bit表示特定位的值。位从右到左进行编号，从0开始，因此，第n位的值为2ⁿ。例如，只有第3位为1的整数的值为2³（8）。一般来说，正如附录A介绍的，各个位都对应于2的幂。因此我们使用术语位（bit）表示2的幂；这对应于特定位为1，其他所有位都为0的情况。

1．打开位

下面两项操作打开lottabits中对应于bit表示的位：

它们都将对应的位设置为1，而不管这一位以前的值是多少。这是因为对1和1或者0和1执行OR操作时，都将得到1。lottabits中其他所有位都保持不变，这是因为对0和0做OR操作将得到0，对1和0做OR操作将生成1。

2．切换位

下面两项操作切换lottabits中对应于bit表示的位。也就是说，如果位是关闭的，则将被打开；如果位是打开的，将被关闭：

对0和1执行XOR操作的结果为1，因此将关闭已打开的位；对1和1执行XOR操作的结果为0，因此将打开已关闭的位。lottabits中其他所有位都保持不变，这是因为对0和0执行XOR操作的结果为0，对1和0执行XOR操作的结果为1。

3．关闭位

下面的操作将关闭lottabits中对应于bit表示的位：

该语句关闭相应的位，而不管它以前的状态如何。首先，运算符～bit将原来为1的位设置为0，原来为0的位设置为1。对0和任意值执行AND操作都将得到0，因此关闭相应的位。lottabits中其他所有位都保持不变，这是因为对1和任意值执行AND操作时，该位的值将保持不变。

下面是一种更简洁的方法：

4．测试位的值

如果要确定lottabits中对应于bit的位是否为1，则下面的测试不一定管用：

这是因为即使lottabits中对应的位为1，而其他位也可能为1。仅当对应的位为1，而其他位皆为0时，上述等式才为true。因此修补的方式是，首先对lottabits和bit执行AND操作，这样生成的值的对应位保持不变，因为对1和任何值执行AND操作都将保持该值不变；而其他位都为0，因为对0和任何值执行AND操作的结果都为0。正确的测试如下：

实际应用中，程序员常将上述测试简化为：

因为bit中有一位为1，而其他位都为0，因此lottabits & bit的结果要么为0（测试结果为false），要么为bit（非零值，测试结果为true）。

E.2 成员解除引用运算符

C++允许定义指向类成员的指针，对这种指针进行声明或解除引用时，需要使用一种特殊的表示法。为说明需要使用的特殊表示法，先来看一个样本类：

如果没有具体的对象，则inches成员只是一个标签。也就是说，这个类将inches定义为一个成员标识符，但要为它分配内存，必须声明这个类的一个对象：

因此，可以结合使用标识符inches和特定的对象，来引用实际的内存单元（对于成员函数，可以省略对象名，但对象被认为是指针指向的对象）。

C++允许这样定义一个指向标识符inches的成员指针：

这种指针与常规指针有所差别。常规指针指向特定的内存单元，而pt指针并不指向特定的内存单元，因为声明中没有指出具体的对象。指针pt指的是inches成员在任意Example对象中的位置。和标识符inches一样，pt被设计为与对象标识符一起使用。实际上，表达式*pt对标识符inches的角色做了假设，因此，可以使用对象标识符来指定要访问的对象，使用pt指针来指定该对象的inches成员。例如，类方法可以使用下面的代码：

其中，和->都是成员解除引用运算符（member dereferencing operator）。声明对象（如obl）后，ob1.pi指的将是ob1对象的inches成员。同样，pq->pt指的是pq指向的对象的inches成员。

改变上述示例中使用的对象，将改变使用的inches成员。不过也可以修改pt指针本身。由于feet的类型与inches相同，因此可以将pt重新设置为指向feet成员（而不指向inches成员），这样ob1.*pt将是ob1的feet成员：

实际上，*pt相当于一个成员名，因此可用于标识（相同类型的）其他成员。

也可以使用成员指针来标识成员函数，其语法稍微复杂点。对于不带任何参数、返回值为void的函数，声明一个指向该函数的指针的代码如下：

声明指向成员函数的指针时，必须指出该函数所属的类。例如，下面的代码声明了一个指向Example类方法的指针：

这表明pf可用于可使用Example方法的地方。注意，Example：：*pf必须放在括号中，可以将特定成员函数的地址赋给该指针：

注意，和普通函数指针的赋值情况不同，这里必须使用地址运算符。完成赋值操作后，便可以使用一个对象来调用该成员函数：

必须将ob3.*pf放在括号中，以明确地指出，该表达式表示的是一个函数名。

由于show_feet( )的原型与show_inches( )相同，因此也可以使用pf来访问show_feet( )方法：

程序清单E.1中的类定义包含一个use_ptr( )方法，该方法使用成员指针来访问Example类的数据成员和函数成员。

程序清单E.1 memb_pt.cpp

下面是程序清单E.1中程序的运行情况：

这个例子在编译期间给指针赋值。在更复杂的类中，可以使用指向数据成员和方法的成员指针，以便在运行阶段确定与指针关联的成员。

E.3 alignof（C++11）

计算机系统可能限制数据在内存中的存储方式。例如，一个系统可能要求double值存储在编号为偶数的内存单元中，而另一个系统可能要求其起始地址为8个整数倍。运算符alignof将类型作为参数，并返回一个整数，指出要求的对齐方式。例如，对齐要求可能决定结构中信息的组织方式，如程序清单E.2所示。

程序清单E.2 align.cpp

下面是该程序在一个系统中的输出：

两个结构的对齐要求都是8。这意味着结构长度将是8的整数倍，这样创建结构数组时，每个元素的起始位置都是8的整数倍。在程序清单E.2中，每个结构的所有成员只占用13位，但结构要求占用的位数为8的整数倍，这意味着需要填充一些位。在每个结构中，double成员的对齐要求为8的整数倍，但在结构thing1和thing2中，成员的排列顺序不同，这导致thing2需要更多的内部填充，以便其边界处于正确的位置。

E.4 noexcept（C++11）

关键字noexcept用于指出函数不会引发异常。它也可用作运算符，判断操作数（表达式）是否可能引发异常；如果操作数可能引发异常，则返回false，否则返回true。例如，请看下面的声明：

表达式noexcept(hilt) 的结果为false，因为hilt( ) 的声明未保证不会引发异常，但noexcept(halt) 的结果为true。