[C语言]你真的了解C语言吗之位运算操作

自C语言盛行以来，豪杰并起，执掌一方者不可胜数，Java比于C++,则年轻而效低,然Java遂能克C++，
以弱为强者，非惟效率，抑亦人和也。今Java已拥亿万之众,移动端后端并行，此诚不可与争锋。
Python揭竿而起，随者之众不可胜数，各方类库亦犹过江之鳞，应天时，人和也。
JavaScript据浏览器，已历n世，国险而源富，此二者可以为援而不可图也。自node出世，Js风生水起，
前后端并行，犹有冲击Java之势。然库多而欠理，npm,webpack一举成名。后React，Vue，Angular等应运而生,
大前端之势浩大，恐怖如斯。然鱼龙混杂，犹互旋之水，难复清明。

至于移动，Android、IOS双足对立。Android本忠Java，然跨平台之势如历史洪流，不可阻也，
外有Hybrid，Weex,ReactNative，Flutter纷涌不绝，内有Kotlin暗刀一击，
Android-Java帝国犹有崩摧之势，然习百技，纳百艺，Coder之能也,此乱世之道，更需多技傍身。

C语言面相过程，年虽老矣，尚有余力，底层之功，莫能与之争，实不可因其老而蔑之。
面相过程之于编程，创现世之基业，劳苦之功，无人能出奇右，实无人可蔑之。
函数式之于编程，新生之思，思之至纯，虽年幼却难掩其芒。实不可因其异而蔑之。
此三者，切不可盲从而身陷,亦不可斥而尊宗，习其思，用于正道，方为上上。

来自《隆中对》----张风捷特烈

依稀还记得大一学C语言的时光，讲真的，那是我对编程的初次认识(本人非计科专业)，哪成想几年过去了，现在几乎终日与它为伴~要知道在嵌入式开发当中几乎是离不开C语言的，因为C语言是最接近硬件的一门语言，相比于汇编是更加适合人类开发和阅读的一门语言，虽然现在嵌入式开发也有了别的语言，比如Lua，MicroPython，JS等等，但是相对于C语言的执行效率是远远落后的，所以做嵌入式开发学好C语言是很有必要的。虽然自己每天都有写C代码，可是对于C语言的理解还是远远不够的，就比如有些概念还停留在知道、晓得、懂一点的水平，这是制约自己发展的一大重要因素啊！

是时候重新拾起来，仔细去学习一番了，之前单学C语言的时候，总觉得少一点东西，为什么这么说呢？可能只是为了学而学，并不知道在实际应用中该怎么用，有或者在哪些实际情况中会用到，所以就是缺点东西！现在不一样了，有了一个实际的载体(硬件)，知道这一块功能如果去实现该怎么写，如果优化该怎么优化，所以现在对C语言有了很多新的理解。

这两天就对这个C语言中的位运算重新学习了一边，可见当时确实学的浅薄，简单一写，加深下理解~

不知道你在开发单片机的过程中有没有遇到过下面的运算符，又或者你能准确的说出每一个运算符的用法吗？

• &
• |
• ^
• ~
• <<

我们先来理解下什么是位吧，可能你还记得当时书本中说过的字节和位的区别：

• 位 计算机中最小的存储单位
• 字节 计算机中最小的数据单位

那我们该怎么理解呢？我们首先要知道计算机中的数据都是0和1的顺序组合，所有的数据最后都是0和1的特定排列，每8个0和1的排列就组成了最小的数据单位->字节，也就是每个字节都是由8位0和1组成的，就比如说数字“0”，在存储器当中是以“00110000”这样的8位连续的0和1排列的，这是我们通过数据在内存中怎么去保存的去理解位和字节的区别。

那在实际开发当中，位运算有什么用呢？我们实际开发中会用到位操作吗？答案当然是肯定的，最常见的例子就是在某些与寄存器打交道的地方，我们需要频繁的进行微操作，因为寄存中的每一位置“1”或者置“0”都是有不同含义的，就拿比较常见的STM32单片机来说吧，我们看一下它寄存器说明：

image

这是APB1外设复位寄存器的说明。可以看见一共有0~31->32位,STM32的寄存器都是32位的，这个表对此寄存器的每一位是复位哪一个外设的，都做了详细注释，就比如说我们复位DAC(数模转换)吧，我们只需让此寄存器的第29位置“1”就可以让DAC外设复位了。

不闲扯了，来复习我们的C语言吧还是，刚刚给出的6种C语言中的位运算符都知道什么意思了吗？如果还没有，我们来复习一下，下面给出的实际位操作实列都是二进制位模式：

• & 按位与

00000110 & 00001011 = 00000010

• | 按位或

00000110 | 00001011 = 00001111

• ^ 按位异或

00000110 ^ 00001011 = 00001101

• ~ 按位取反

~ 00000110 = 11111001

• 向右移位

00000001(结果) = 00000110 >> 2(移动2位)

• << 向左移位

00011000(结果) = 00000110 << 2(移动2位)

在移位运算中，有两点需要注意：

1. 向左移位的时候，右边多出来的位用0补齐，超出左边边界抛弃。
2. 向右移位的时候，左边多出来的位需要根据有无符号或者是否是负数去处理，无符号或者有符号但非负数，左边多出来的位用0补齐，如果是负数，具体填充位的内容是根据编译器决定的。

思考：

1. int a = 7，将a的第7位置“1”，不改变其它位。

① a |= (0x01 << 7)

② a |= 0x80

2. int a = 7，将a的第1位置“0”，不改变其它位。

① a &= ~ (0x01 << 1)

② a &= ~ 0x02

③ a ^= 0x20

3. int a = 7，将a的第7位置“1”后再清除，不改变其它位。

置“1”：

① x = a | (0x01 << 7)

② x = a | 0x80

清除：

① a = x & (~(0x01 << 7))

② a = x & (~0x80)

③ a = x ^ 0x80

4. int a = 7，将a的第1位置“0”后再置“1”，不改变其它位。

置“0”：

① x = a & (~ (0x01 << 1))

② x = a & (~ 0x20)

③ x = a ^ 0x20

置“1”：

① x = a | (0x01 << 1)

② x = a | 0x20

简单写两个实列，帮助记忆，在嵌入式开发当中置位和清除是比较常见的操作，只有熟练操作才可以运用的更加熟练，一般为了对位操作的方便性和方便移植，都会写成下面的宏定义：

#define setbit(x,y) x |= (0x01 << y)
#define clrbit(x,y) x &= ~(0x01 << y)
#define reversebit(x,y) x ^= (0x01 << y)
#define getbit(x,y)  ((x) >> (y) & 0x01)

先写到这里，如果有表述错误，还请指出我好修正。