——位运算）

Posted 2022-02-27 二木成林

12.1 位运算符

C语言提供了六种位运算符：

• &：按位与
• |：按位或
• ^：按位异或
• ~：取反
• <<：左移
• >>：右移

12.1.1 按位与运算

按位与运算符"&"是双目运算符。其功能是参与运算的两数各对应的二进位相与。只有对应的两个二进制位均为1时，结果位才为1，否则为0。参与运算的数以补码方式出现。如9&5：

 0000 1001 （9的二进制补码）
&0000 0101 （5的二进制补码）
=0000 0001 （1的二进制补码）     

按位与运算通常用来对某些位清0或保留某些位。

#include <stdio.h>

int main() 
    int a = 9, b = 5, c;
    c = a & b;
    printf("%d&%d=%d", a, b, c);

12.1.2 按位或运算

按位或运算符“|”是双目运算符。其功能是参与运算的两数各对应的二进位相或。只要对应的两个二进制位有一个为1时，结果位就为1。参与运算的两个数均以补码出现。如9|5：

 0000 1001 （9的二进制补码）
|0000 0101 （5的二进制补码）
=0000 1101 （13的二进制补码）  

即：

#include <stdio.h>

int main() 
    int a = 9, b = 5, c;
    c = a | b;
    printf("%d|%d=%d", a, b, c);// 9|5=13

12.1.3 按位异或运算

按位异或运算符“^”是双目运算符。其功能是参与运算的两数各对应的二进位相异或，当两对应的二进位相异（即两位二进制中一位是0，另外一位是1的情况）时，结果为1。参与运算数仍以补码出现。如9^5：

 0000 1001 （9的二进制补码）
^0000 0101 （5的二进制补码）
=0000 1100 （12的二进制补码）  

即：

#include <stdio.h>

int main() 
    int a = 9, b = 5, c;
    c = a ^ b;
    printf("%d^%d=%d", a, b, c);// 9^5=12

12.1.4 求反运算

求反运算符～为单目运算符，具有右结合性。其功能是对参与运算的数的各二进制位按位求反。如~9：

~0000 1001 （9的二进制补码）
=1111 0110    

即：

#include <stdio.h>

int main() 
    int a = 9, b;
    b = ~a;
    printf("~%d=%d", a, b);// ~9=-10

12.1.5 左移运算

左移运算符“<<”是双目运算符。其功能把“<< ”左边的运算数的各二进制位全部左移若干位，由“<<”右边的数指定移动的位数，高位丢弃，低位补0。如：

a=3;（3的二进制位为0000 0011）
a<<4=0011 0000

即：

#include <stdio.h>

int main() 
    int a = 3, b;
    b = a << 4;
    printf("%d<<4=%d", a, b);// 3<<4=48

12.1.6 右移运算符

右移运算符“>>”是双目运算符。其功能是把“>>”左边的运算数的各二进制位全部右移若干位，“>>”右边的数指定移动的位数。应该说明的是，对于有符号数，在右移时，符号位将随同移动。当为正数时，最高位补0，而为负数时，符号位为1，最高位是补0或是补1 取决于编译系统的规定。如：

a=15;（15的二进制是0000 1111）
a>>2=0000 0011    

即：

#include <stdio.h>

int main() 
    unsigned int a = 15, b;
    b = a >> 2;
    printf("%d>>2=%d", a, b);// 15>>2=3

12.2 位域（位段）

有些信息在存储时，并不需要占用一个完整的字节，而只需占几个或一个二进制位。例如在存放一个开关量时，只有0和1两种状态，用一位二进位即可。为了节省存储空间，并使处理简便，Ｃ语言又提供了一种数据结构，称为“位域”或“位段”。

所谓“位域”是把一个字节中的二进位划分为几个不同的区域，并说明每个区域的位数。每个域有一个域名，允许在程序中按域名进行操作。这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位域来表示。

即可以在一个字节中的不同位中存储不同的信息，把空间充分利用起来。

12.2.1 位域的定义和位域变量的声明

位域的定义语法如下：

struct 位域结构名 
  类型说明符 位域名: 位域长度;
  ...
;

例如：

struct bs 
    int a:8;
    int b:2;
    int c:6;
;

位域变量的声明：与结构变量说明的方式相同。 可采用先定义后说明，同时定义说明或者直接说明这三种方式。如：

// 说明data为bs变量，共占两个字节。其中位域a占8位，位域b占2位，位域c占6位
struct bs 
    int a:8;
    int b:2;
    int c:6;
 data;

关于位域的定义的注意事项：

• 一个位域必须存储在同一个字节中，不能跨两个字节。如一个字节所剩空间不够存放另一位域时，应从下一单元起存放该位域。也可以有意使某位域从下一单元开始。

// 在这个位域定义中，a占第一字节的4位，后4位填0表示不使用，b从第二字节开始，占用4位，c占用4位
struct bs 
       unsigned a:4
       unsigned :0        /*空域*/
       unsigned b:4       /*从下一单元开始存放*/
       unsigned c:4
;

• 由于位域不允许跨两个字节，因此位域的长度不能大于一个字节的长度，也就是说不能超过8位二进制。
• 位域可以无位域名，这时它只用来作填充或调整位置。无名的位域是不能使用的。位域在本质上就是一种结构类型，不过其成员是按二进位分配的。

struct k 
      int a:1
      int  :2          /*该2位不能使用*/
      int b:3
      int c:2
;

12.2.2 位域的使用

位域的使用和结构成员的使用相同，其一般形式为：

位域变量名·位域名

位域允许用各种格式输出。

#include <stdio.h>

struct bs 
    unsigned a: 1;
    unsigned b: 3;
    unsigned c: 4;
 bit, *pbit;

int main() 
    bit.a = 1;// 二进制位是0000 0001，只需要1位二进制就能保存
    bit.b = 7;// 二进制位是0000 0111，只需要3位二进制就能保存
    bit.c = 15;
    printf("%d,%d,%d\\n", bit.a, bit.b, bit.c);// 1,7,15
    pbit = &bit;
    pbit->a = 0;
    pbit->b &= 3;
    pbit->c |= 1;
    printf("%d,%d,%d\\n", pbit->a, pbit->b, pbit->c);// 0,3,15