C语言学习笔记11--位运算

位运算概念

位运算是指按二进制位进行的运算。因为在系统软件中,常要处理二进制位的问题。

例如：将一个存储单元中的各二进制位左移或右移一位,两个数按位相加等。

c语言提供位运算的功能,与其他高级语言(如PASCAL)相比,具有很大的优越性。

位运算符和位运算

位运算符和位运算

(1)位运算符中除～以外,均为二目(元)运算符,即要求两侧各有一个运算量。

(2)运算量只能是整型或字符型的数据,不能为实型数据（浮点型）

“按位与”运算符(&)

含义：参加运算的两个数据,按二进制位进行“与”运算。

如果两个相应的二进制位都为1,则该位的结果值为1；否则为0。

例如：

0&0 = 0,0&1 = 0,

1&0 = 0,1&1 = 1

注意：

3&5并不等于8, 应该是按位与运算：

位运算符和位运算

如果参加&运算的是负数(如-3&-5), 则要

以补码形式表示为二进制数,然后再按位进行“与”运算。

按位与运算的用途

一、 清零

若想对一个存储单元清零,即使其全部二进制位为0,只要找一个二进制数,其中各个位符合以下条件：原来的数中为1的位,新数中相应位为0。然后使二者进行＆运算,即可达到清零目的。

例如：要求将二进制数11100101的第2位清零

 

        1 1 1 0 0 1 0 1

  &   1 1 1 1 1 0 1 1

————————————

       1  1 1 0 0 0 0 1

 

二、取一个数中某些指定位

例如：我们需要对一个字型数据取出其低8位的值时,我们可以这么做。

“按位或”运算符(|)

两个相应的二进制位中只要有一个为1,该位的结果值为1。

即：

0|0=0,0|1=1,

1|0=1,1|1=1

例如：

例：大小写转化

#include
#include

void main()
{
      char ch, temp;

      printf("请输入一个字母: \n");
      ch = getchar();
      temp = getchar();

      while( !(ch>'A' && ch<'z') || (ch > 'Z' && ch < 'a') )
      {
           printf("输入有误, 请重新输入一个字母: \n");
           ch = getchar();
      }
      if( ch & 32 )  
      {
            ch = ch & 223;  // 使第五位为0，变大写
      }
      else
      {
            ch = ch | 255;  // 使第五位为1，变小写
      }

      putchar(ch);

      printf("\n");
}

因为回车了一下，回车也是一个字符，所以用getchar从输入流中接收了回车符。所以用temp = getchar();这句接收下一。要不就出现两句

这里有专门的清除缓存的函数。可以百度一下。

“异或”运算符(^)

异或运算符^也称XOR运算符。

 

它的规则是：

若参加运算的两个二进制位同号则结果为0

(假),异号则结果为1(真)

即: 0^0=0,0^1=1,1^0=1, 1^1=0

例如：

异或运算符

^运算符应用

一、使特定位翻转

设有01111010,想使其低４位翻转,即1变为0,0变为1。可以将它与00001111进行^运算,即：

异或运算符使指定为翻转

二、与0相^,保留原值

例如：

异或运算符的应用

因为原数中的1与0进行^运算得1,0^0得0,故保留原数。

三、交换两个值,不用临时变量

！这玩意新鲜！

例如：a=3,b=4,现在想将a、b变量的值交换位置,我们传统的做法是定义多一个temp变量,而现在temp去度蜜月了,怎么办？

我们可以这样做：

a=a^b;

b=b^a;

a=a^b;  

这种方法也常应用于加密算法。

XOR异或

“取反”运算符(~)

~是一个单目(元)运算符,用来对一个二进制数按位取反,即将0变1,将1变0。

例如,~025是对八进制数25(即二进制数00010101)按位求反。

 例如：

“取反”运算符

左移运算符(<<)

左移运算符是用来将一个数的各二进制 位全部左移若干位。

例如：a =<< 2 将a的二进制数左移2位,右边补0。

若a=15,即二进制数00001111,左移2位得00111100,(十进制数60)

若高位左移后溢出,舍弃。

左移1位相当于该数乘以2,左移2位相当于该数乘以4,15<<2=60,即乘了4。

但此结论只适用于该数左移时被溢出舍弃的高位中不包含1的情况。

假设以一个字节(8位)存一个整数,若a为无符号整型变量,则a=64时,左移一位时溢出的是0,而左移2位时,溢出的高位中包含1。

 

右移运算符(>>)

右移运算符是a>>2表示将a的各二进制位右移2位,移到右端的低位被舍弃,对无符号数,高位补0。

例如：a=017时: a的值用二进制形式表示为00001111, 舍弃低2位11,得到 a >> 2 == 00000011

 

右移一位相当于除以2

右移n位相当于除以2^n

 

在右移时,需要注意符号位问题：

对无符号数,右移时左边高位移入0;

对于有符号的值,如果原来符号位为0(该数为正),则左边也是移入0。

如果符号位原来为1(即负数), 则左边移入0还是1,要取决于所用的计算机系统。有的系统移入0,有的系统移入1。

移入0的称为“逻辑右移”, 即简单右移;移入1的称为“算术右移”。

 

例：a的值是十进制数 -2：

a == 1111 1110(用二进制形式表示)

无符号数：a>>1: 0111 1111 (逻辑右移时)

有符号数：a>>1: 1111 1111 (算术右移时)

位运算赋值运算符

位运算符与赋值运算符可以组成复合赋值运算符。

例如: &=, |=, >>=, <<=, ∧=

∴

a & = b 相当于 a = a & b

a << =2 相当于 a = a << 2

 

位运算举例

题目：取一个char a从右端开始的2~5位。

 

① 先使a右移2位：a >> 2

目的是使要取出的那几位移到最右端,图示：

② 设置一个低4位全为1,其余全为0的数。

~ ( ~ 0 << 4 )

③ 将上面①、②进行&运算。

(a >> 4) & ~ ( ~ 0 << 4 )

 

题目：要求将a进行右循环移位

循环移位

位段

信息的存取一般以字节为单位。实际上,有时存储一个信息不必用一个或多个字节。

例如,“真”或“假”用0或1表示,只需1位即可。

在计算机用于过程控制、参数检测或数据通信领域时,控制信息往往只占一个字节中的一个或几个二进制位,常常在一个字节中放几个信息。

C语言允许在一个结构体中以位为单位来指定其成员所占内存长度,这种以位为单位的成员称为“位段”或称“位域” ( bit field) 。利用位段能够用较少的位数存储数据。

如

struct  packed-data

｛ unsigned  ａ：２；

     unsigned　ｂ：６；

     unsigned　ｃ：４；

     unsigned　ｄ：４；

     int ｉ；

 ｝data；

关于位段的定义和引用的说明

(1) 位段成员的类型必须指定为unsigned或int类型。

(2) 若某一位段要从另一个字开始存放,可用以下形式定义：

unsigned  ａ：1；

unsigned　b：２；一个存储单元      

unsigned：０；

unsigned　ｃ：３；另一存储单元

a、b、c应连续存放在一个存储单元中,由于用了长度为0的位段,其作用是使下一个位段从下一个存储单元开始存放。因此,只将a、b存储在一个存储单元中,c另存在下一个单元(“存储单元”可能是一个字节,也可能是2个字节,视不同的编译系统而异)。 　

(3) 一个位段必须存储在同一存储单元中,不能跨两个单元。如果第一个单元空间不能容纳下一个位段,则该空间不用,而从下一个单元起存放该位段。

(4) 可以定义无名位段。

(5) 位段的长度不能大于存储单元的长度,也不能定义位段数组。

(6) 位段可以用整型格式符输出。

(7) 位段可以在数值表达式中引用,它会被系统自动地转换成整型数。