# 2.3 运算符

## 运算符分类

运算符分为算术运算符、逻辑运算符、关系运算符、移位运算符等。

| 类型 | 符号 | 功能说明 | 类型 | 符号 | 功能说明 |
|------|------|----------|------|------|----------|
| 算术运算符 | + <br> - <br> - <br> * <br> / | 二进制加<br>二进制减<br>2的补码<br>二进制乘<br>二进制除 | 关系运算符<br>(双目运算符) | > <br> < <br> >= <br> <= <br> == <br> != | 大于<br>小于<br>大于或等于<br>小于或等于<br>相等<br>不相等 |
| 位运算符<br>(双目运算符) | ~ <br> & <br> \| <br> ^ <br> ^~或~^ | 按位取反<br>按位与<br>按位或<br>按位异或<br>按位同或 | 缩位运算符<br>(单目运算符) | &<br>~&<br>\|<br>~\|<br>^<br>^~或~^ | 缩位与<br>缩位与非<br>缩位或<br>缩位或非<br>缩位异或<br>缩位同或 |
| 逻辑运算符<br>(双目运算符) | !<br>&&<br>\|\| | 逻辑非<br>逻辑与<br>逻辑或 | 移位运算符<br>(双目运算符) | >> <br> << | 右移<br>左移 |
| 位拼接运算符 | {,}<br>{{}} | 将多个操作数<br>拼接成为<br>一个操作数 | 条件运算符<br>(三目运算符) | ?: | 根据条件表达式<br>是否成立，<br>选择表达式 |

## 四值逻辑真伪判断

1. 在逻辑运算符中，如果操作数是1位的，则用"1"表示逻辑真状态，用"0"表示逻辑假状态；
2. 若操作数由多位组成，必须把操作数当做整体来处理，即如操作数所有位都是0，那么该操作数整体看做逻辑0，反之，只要其中一位为1，那么该操作数整体看做逻辑1；
3. 如果任意一个操作数包含x，逻辑运算结果也为x。

    ```verilog
    !x                      // 结果为x
    4'b1010 && 4'b1111     // 结果是1
    4'b0000 && 4'b1001     // 结果是0
    ```

## 四值逻辑算术运算

1. 整数除法将截断所有小数部分，只取整数部分。如7/4结果为1；
2. 模运算符将求出与第一个操作数符号相同的余数；

    ```verilog
    7%4     // 结果为3
    -7%4    // 结果为-3
    ```

3. 如果算术运算符的操作数中出现x或z，那么整个算术运算符的运算结果为x。

    ```verilog
    4'b10x1 + 4'b0111   // 结果为不确定数 4'bxxxx
    ```

4. 进行算术运算时，操作数的长度可能不一致，这时运算结果的长度由最长的操作数决定。但在赋值语句中，运算结果的长度由赋值目标长度决定。

## 四值逻辑关系运算

**如果操作数的长度不同，那么长度短的操作数在高位添0补齐**，如果操作数被比较位中出现x或z，那么结果为x。

```verilog
4'b10x1 < 4'b1101   // 结果为x
```

## 四值逻辑比较

1. `==`和`!=` 是把两个操作数的逻辑值做比较，由于操作数中某些位可能是x或z，所以比较结果也有可能是x。
2. `===`和`!==`运算符是按位进行比较，即便在两个操作数中某些位出现了x或z，只要它们出现在相同的位，那么就认为两者是相同的，比较结果为1，反之为0，而不会出现结果为x的情况。其常用于case表达式的判别，所以又称为"case等式运算符"。

```verilog
a = 4'b0010; 
b = 4'bx10; 
c = 4'bx101; 
d = 4'bx10;

a === b     // 结果为假，值为0，严格按位比较
a != d      // 结果为x
b == d      // 结果为x，因为操作数出现了x
b !== d     // 结果为0
b === d     // 结果为真，值为1，严格按位比较
```

## 位拼接运算符

1. 作用是将两个或多个信号的某些位拼接起来成为一个新的操作数，进行运算操作

    ```verilog
    // 设A=1'b1, B=2'b10, C=2'b00，则：
    {B,C}                   // 结果为4'b1000
    {A,B[1],C[0]}          // 结果为3'b110
    {A,B,C,3'b101}         // 结果为8'b11000101
    ```

2. 对同一个操作数的重复拼接还可以用双重大括号构成的运算符{{ }}

    ```verilog
    {4{A}}                 // 结果为4'b1111
    {2{A},2{B},C}          // 结果为8'b11101000
    ```

## 位运算符与缩位运算符的比较

假设：A=4'b1010，B=4'b1111

| 运算类型 | ~(取反) | &(与) | \|(或) | ^(异或) | ~^(同或) |
|----------|---------|-------|--------|---------|----------|
| 位运算 | ~A=4'b0101<br>~B=4'b0000 | A&B=4'b1010 | A\|B=4'b1111 | A^B=4'b0101 | A~^B=4'b1010 |
| 缩位运算 | &A=1&0&1&0=0 | ~&A=1<br>&B=1 | \|A=1<br>~\|B=0 | ^A=0<br>^B=0 | ~^A=1<br>~^B=1 |

## 条件运算符

三目运算符，运算时根据条件表达式的值选择表达式。一般用法：

```verilog
condition_expr ? expr1 : expr2;
```

首先计算第一个操作数`condition_expr`的值，如果结果为逻辑1，则选择第二个操作数`expr1`的值作为结果返回；若结果为逻辑0，选择第三个操作数`expr2`的值作为结果返回。

## 运算符的优先级

| 类型 | 符号 | 优先级 |
|------|------|--------|
| 取反 | ! ~ -(求2的补码) | 最高 |
| 算术 | * /<br>+ - | |
| 移位 | >> << | |
| 关系 | < <= > >= | |
| 等于 | == != | |
| 缩位 | & ~&<br>^ ^~<br>\| ~\| | |
| 逻辑 | &&<br>\|\| | |
| 条件 | ?: | 最低 |