C语言基础 | 位操作

一、按位逻辑运算符

4个按位逻辑运算符都用于整数数据，包括char 。之所以叫做按位运算，是因为这些操作都是针对每一个位进行的。不影响它左右两边的位。不能混淆于逻辑运算符（&& 、 || 和 ！）

• 按位与：&

(10010011) & (00111101)    //表达式
(00010001)                 //结果值

用法：掩码

所谓掩码指的是一些设置为开（1）或者关（0）的组合位。例如：假设定义符号常量MASK为2（即，二进制为：00000010 ）

flags = flags & MASK;   //等价于flags &= MASK
//00000010 = 10010010 & 00000010  

像这样的过程除了MASK中的一位为1以外其他的数都是0，我们就称为“使用掩码”

• 按位取反：~

  ~(10011010)    //表达式
   (01100101)    //结果值

用法：清空位（设置为0）

1.清空位就是在不影响其它位的情况下关闭指定的某一位。
2.例如：假设flags是00001111，MASK是10110110，利用且取反运算flags00001111 & ~ MASK10110110结果为：10111111
其中MASK为1的位在结果中都被设置（清空）为0，flags中与MASK为0的位相应的位在结果中都为改变。。简化运算代码为：flags &=~ MASK

• 按位或：|

(10010011) | (00111101)    //表达式
(10111111)                 //结果值

用法：置位（设置为1）

1.置位就是只打开需要的特定位，同时保持其它位不变。
2.例如：假设flags是00001111，MASK是10110110，利用或运算的flags00001111 | MASK10110110结果为：10111111
其中MASK为1的位，flags与其对应的位也为1。MASK中为0的位，flags与其对应的位保持不变。简化运算代码为：flags =| MASK

• 按位或：^

(10010011) ^ (00111101)    //表达式
(10101110)                 //结果值

• 用法：切换位

  切换位指的是打开以关闭的位，或者关闭以打开的位。可以使用异或运算符^。
  结果flags ^= MASK

• 移位运算符：

  • 左移<<
    假定stonk为 1，那么stonk<<2为 4 ，但是stonk本身不变，仍然为 1 。可以用左移赋值运算符<<=来更改变量的值。

  int stonk = 1;
  int onkoo;
  onkoo = stonk <<= 2;      //把 4 赋给onkoo;
  stonk <<= 2;              //把stonk的值改为 4
   
  

  • 右移>>
    右侧运算对象移出有末端位的值丢，对于无符号类型，用0填充空出的位置；对于有符号类型，其结果取决于机器。空出的位可用0填充。

   int sweet = 16;
   int ooosw;
   ooosw = sweet >> 3;    //ooosw = 2,sweet的值仍然为16
   sweet >>= 3;           //sweet的值为2
   
  

移位用法总结:

number << n number乘以2的n次幂

number >> n 如果number为非负数，则用number除以2的n次幂

二、位字段

在C语言中用两种访问位的方法，除了上面的通过按位运算符外，还有一种就是在结构中创造位字段。位字段的结构体格式是在结构体中加入： 表示。
例如：声明建立一个 4 个 1 位的字段

struct{
	unsigned int A:1;
	unsigned int B:1;
	unsigned int C:1;
	unsigned int D:1;
}prnt;

根据该声明可以看出，我们平常使用结构是按类型的字节对齐。但是通过： 添加在结构体里面，我们可以控制位字段。同时还可以通过普通的结构成员运算符.来给这些字段赋值：

prnt.A = 0;
prnt B = 1;

但是要确保所赋的值不超过字段的可容纳范围。
例如下面的结构体字段

/*这里，在stuff,fiel_1和stuff.fiel_2之间，有一个2位的空隙；
 *stuff.fiel_3将存储在下一个unsigned int 中 */
struct {
	unsigned int fiel_1 : 1;
	unsigned int        : 1;
	unsigned int fiel_2 : 1;
	unsigned int        : 1;
	unsigned int fiel_3 : 1;
}stuff;

如果声明的总位数超过了一个unsigned int 类型的大小，则会用到下一个unsigned int 的类型存储位置。一个字段不允许跨越两个unsigned int 之间的边界。编译器后自动移动跨界的字段，保持unsigned int 的边界对称。一旦发生这种情况，第一个unsigned int 中会留下一个未命名的“洞”。
即上面的代码就是使用未命名的字宽度“填充”未命名的“洞”。使用一个宽度为0的未命名字段迫使下一个字段与下一个整数对齐。