C语言--位运算

Posted 2020-07-09 stevenwuzheng

C语言--位运算

所谓位运算，就是对一个比特（Bit）位进行操作。在《二进制思想以及数据的存储》一节中讲到，比特（Bit）是一个电子元器件，8个比特构成一个字节（Byte），它已经是粒度最小的可操作单元了。

C语言提供了六种位运算符：

运算符	&	|	^	~	<<	>>
说明	按位与	按位或	按位异或	取反	左移	右移

按位与运算

一个比特（Bit）位只有0和1两个取值，只有参与&运算的两个位都为1时，结果才为1，否则为0。例如1&1为1，0&0为0，1&0为0。

数值在内存中以二进制的形式存在，9&5可写算式如下：
       00001001    (9的二进制)
    &00000101    (5的二进制)
       00000001    (1的二进制)
所以9&5=1。

严格来说，数值在内存中以补码形式存在，整数的补码与它的二进制形式相同，负数则不一样，不了解的读者可自行脑补。

按位与运算符&会对参与运算的两个数的所有二进制位进行&运算。

按位与运算通常用来对某些位清0或保留某些位。例如把 c 的高16位清 0 ，保留低16位，可作a&65535运算（65536占用4个字节，二进制数为00000000000000001111111111111111）。

【示例】位运算举例。

1. #include <stdio.h>
2. int main(){
3. unsigned a=9; //二进制数 00001001
4. unsigned b=5; //二进制数 00000101
5. unsigned c=0XDE09A32B; //十进制数 3725173547
6. unsigned d=0X0000FFFF; //十进制数 65535
7. printf("a=%u, b=%u, a&b=%u\n", a, b, a&b);
8. printf("c=%u, d=%u, c&d(%%d)=%u, c&d(%%X)=%X\n", c, d, c&d, c&d);
9. return 0;
10. }

运行结果：
a=9, b=5, a&b=1
c=3725173547, d=65535, c&d(%d)=41771, c&d(%X)=A32B

按位或运算

参与或运算|的两个二进制位有一个为1时，结果就为1，两个都为0时结果才为0。例如1|1为1，0|0为0，1|0为1。

9|5可写算式如下：
     00001001    (9的二进制)
    |00000101    (5的二进制)
     00001101    (13的二进制)
所以9|5=13。

按位或运算可以用来将某些二进制位置1，而保留某些位。

【示例】或运算举例。

1. #include <stdio.h>
2. int main(){
3. unsigned a=9; //二进制数 00001001
4. unsigned b=5; //二进制数 00000101
5. unsigned c=0XDE09A30B; //十进制数 3725173547
6. unsigned d=0XFFFF0000; //十进制数 65535
7. printf("a=%u, b=%u, a|b=%u\n", a, b, a|b);
8. printf("c=%u, d=%u, c|d(%%d)=%u, c|d(%%X)=%X\n", c, d, c|d, c|d);
9. return 0;
10. }

运行结果：
a=9, b=5, a|b=13
c=3725173515, d=4294901760, c|d(%d)=4294943499, c|d(%X)=FFFFA30B

按位异或运算

参与异或运算^的两个二进制位不同时，结果为1，相同时结果为0。也就是说，0^1为1，0^0为0，1^1为0。

9^5可写成算式如下：
      00001001    (9的二进制)
    ^00000101    (5的二进制) 
      00001100    (12的二进制)
所以9^5=12。

按位异或运算可以用来反转某些二进制位。

【示例】异或运算举例。

1. #include <stdio.h>
2. int main(){
3. unsigned a=9; //二进制数 00001001
4. unsigned b=5; //二进制数 00000101
5. unsigned c=0X00FFFF00; //十进制数 3725173547
6. unsigned d=0XFFFF0000; //十进制数 65535
7. printf("a=%u, b=%u, a^b=%u\n", a, b, a^b);
8. printf("c=%u, d=%u, c^d(%%d)=%u, c^d(%%X)=%X\n", c, d, c^d, c^d);
9. return 0;
10. }

运行结果：
a=9, b=5, a^b=12
c=16776960, d=4294901760, c^d(%d)=4278255360, c^d(%X)=FF00FF00

取反运算

取反运算符~为单目运算符，右结合性，作用是对参与运算的数的各二进位按位取反。例如 ~1为0，~0为1。

~9的运算为：
    ~0000000000001001
      1111111111110110
所以~9=65526。

左移运算

左移运算符<<用来把操作数的各二进位全部左移若干位，高位丢弃，低位补0。<<左边是要移位的操作数，<<右边是要移动的位数。例如：

a=9;
a<<3;

上面的代码表示把a的各二进位向左移动3位。a=00001001(9的二进制)，左移3位后为01001000（十进制72）。

右移运算

右移运算符>>用来把操作数的各二进位全部右移若干位，低位丢弃，高位补0（或1）。例如：

a=9;
a>>3;

表示把a的各二进位向右移动3位。a=00001001(9的二进制)，右移3位后为00000001（十进制1）。

需要注意的是，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取决于编译器的规定。

【示例】位操作综合示例。

1. #include <stdio.h>
2. int main(){
3. unsigned c=0X00FFFF00; //十进制数 3725173547
4. unsigned d=0XFFFF0000; //十进制数 65535
5. printf("c=%X, d=%X, c^d(%%X)=%X, c|d(%%X)=%X, c>>4=%X, c<<8=%X\n", c, d, c^d, c|d, c>>4, c<<8);
6. return 0;
7. }

运行结果：
c=FFFF00, d=FFFF0000, c^d(%X)=FF00FF00, c|d(%X)=FFFFFF00, c>>4=FFFF0, c<<8=FFFF0000