浅谈计算机C程序运算涉及

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摘 要 计算机硬件的设计目标来源于软件需求。高级语言中用到的各种运算，通过编译成底层的算数运算指令和逻辑运算指令实现，这些底层运算指令能在机器硬件上直接被执行。因此在介绍运算部件的设计之前，有必要先了解一下高级语言程序和机器指令所涉及到的一些运算。所有高级语言的运算功能大同小异，某一种语言能代表高级语言的总体情况，因此用C语言中的运算为例进行说明。

关键词 C语言 运算 移位运算

中图分类号：G306；TP311.1 文献标识码：A

1 C程序中涉及到的运算

加减乘除等算数运算是高级语言中必须提供的基本运算，可以有无符号数的算数运算、待符号整数的算数运算和浮点数的算数运算。C语言中除了这些运算以外，还有以下几类基本运算：按位运算、漏记运算、移位运算、位扩展和位截断运算。

1.1移位运算

C语言中提供了一组移位运算，移位操作有逻辑移位和算术移位两种，逻辑移位不考虑符号为，总是把高位移出，低位补0。对于无符号整数的逻辑左移，如果最高位移出的是1，则发生溢出。因为计算机内部的待符号整数都是用补码表示的，所以对于待符号整数的移位操作应采用补码算数移位方式，左移时高位移出，低位补0如果移出的高位不同于移位后的符号位，即左移前，后符号位不同，则发生溢出，右移时低位移出高位补符号。虽然C语言没有明确规定应该采用逻辑移位还是算术移位，但是实际上许多机器和编译器都对无符号整数采用逻辑移位方式，而对带符号整数采用算术移位方式。

1.2逻辑运算

C语言中的逻辑算符有：符号表示OR运算；符号表示AND运算；符号表示NOT运算。逻辑运算很容易和按位运算混希，事实上他们的功能完全不同。逻辑运算是非数值计算，其操作数只有两个逻辑值True和False通常用非0数表示逻辑值True，而全0数表示逻辑值False；而按位运算是一种数值运算，运算时将两个操作数中对应各二进位按照指定的逻辑运算规则逐位进行计算。

1.3位扩展和位截断运算

C语言中没有明确的为扩展运算符，但是在进行数据类型转换时，如果遇到一个短数项常数转化，就要进行为扩展运算了，进行为扩展运算时，扩展后的数值应保持不变，有两种为扩展方式，0扩展和符号扩展。0扩展用于无符号数只要在短的无符号数前添加足够的0即可，符号扩展用于补码表示的带符号整数，通过在短的带符号整数前添加足够多的符号位来扩展。

1.4按位运算

语言中的按位运算有：符号“|”表示按位OR运算，符号“&”表示按位AND运算1；符号“～”表示按位NOT运算；符号“^”表示按位XOR运算。按位运算的一个重要运用就是实现掩码操作，通过与给定的一个位模式进行按位与可以提取所需要的为，然后可以对这些位进行“置1”、“清0”、“1测试”或“0测试”等。这里位模式被称为“掩码”。

2 MIPS指令中涉及的运算

高级语言中的所有运算都是通过指令系统中的运算指令实现的，一个指令系统中涉及运算的指令有很多。MIPS指令系统涉及的运算有按位逻辑运算、逻辑移位、算数移位、带符号整数的加减乘除、无符号整数加减乘除、带符号整数的符号扩展、无符号数的0扩展、单精度浮点数加减乘除、双精度浮点数加减乘除等。MIPS指令中没有专门的算术左移指令。因为对于左移来说逻辑移位和算术移位的结果都一样，都是丢弃k个最高位。并在低位补k个0。所以，带符号整数和无符号整数的左移都可用逻辑左移指令实现。利用MIPS提供的这些运算指令完全能够实现C语言所需要的各种运算要求。

3总结

C语言是计算机不可或缺的一部分，我们应该牢牢掌握。

参考文献

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