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10.3C语言位运算

作者: 不爱洗头发 来源: 怪哈哈网 日期: 2015-09-29 10:29:04 人气: -

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。例如:

a=9;
a<<3;

<<左边是要移位的操作数,右边是要移动的位数。

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


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