C语言中的位运算详解

在C语言中，位运算符用于对二进制位进行操作，包括左移、右移、按位与、按位或、按位异或和按位取反等操作。本文将详细介绍C语言中的位运算符，包括运算规则和具体的例子。

1. 位运算符概述

C语言提供了一些位运算符，用于直接操作二进制位，这些运算符通常用于底层系统编程和优化。以下是常用的位运算符：

• <<：二进制左移
• >>：二进制右移
• &：按位与
• |：按位或
• ^：按位异或
• ~：按位取反

这些运算符的运算规则都是基于二进制的补码运算。

2. 位左移和位右移运算符

2.1 二进制左移 <<

左移运算符（<<）将一个数的各二进制位全部左移指定的位数，左边的二进制位丢弃，右边补0。在一定范围内，数据每向左移动一位，相当于原数据乘以2。

示例：

int num = 3;
int result = num << 2;  // 3左移2位，相当于3 * 2的2次幂
// result的值为 12

2.2 二进制右移 >>

右移运算符（>>）将一个数的各二进制位全部右移指定的位数。正数左补0，负数左补1，右边丢弃。在一定范围内，数据每向右移动一位，相当于原数据除以2。

示例：

int num = 8;
int result = num >> 2;  // 8右移2位，相当于8除以2的2次幂
// result的值为 2

3. 按位与、按位或和按位异或运算符

3.1 按位与 &

按位与运算符（&）的运算规则是对应位都为1才为1，否则为0。

示例：

int a = 9;  // 0b00001001
int b = 7;  // 0b00000111
int result = a & b;  // 按位与
// result的值为 1，二进制为0b00000001

3.2 按位或 |

按位或运算符（|）的运算规则是对应位只要有一个为1即为1，否则为0。

示例：

int a = 9;  // 0b00001001
int b = 7;  // 0b00000111
int result = a | b;  // 按位或
// result的值为 15，二进制为0b00001111

3.3 按位异或 ^

按位异或运算符（^）的运算规则是对应位一个为1一个为0才为1，否则为0。

示例：

int a = 9;  // 0b00001001
int b = 7;  // 0b00000111
int result = a ^ b;  // 按位异或
// result的值为 14，二进制为0b00001110

4. 按位取反运算符 ~

按位取反运算符（~）的运算规则是对应位为1，则结果为0；对应位为0，则结果为1。

示例：

int num = 9;  // 0b00001001
int result = ~num;  // 按位取反
// result的值为 -10，二进制为0b11110110

5. 结合赋值运算符

结合赋值运算符的经验，位运算符也有类似的结合赋值运算符，例如：<<=, >>=, &=, |= 等。

示例：

int num = 5;
num <<= 2;  // 将num左移2位，相当于num乘以2的2次幂
// num的值为 20

6. 应用实例

6.1 特定位清零

char x = 53;  // 0b00110101
x = x & 252;  // 0b11111100
// x的值为 52，二进制为0b00110100

6.2 判断特定位是否为零

char x = 53;  // 0b00110101
x = x & 128;  // 0b10000000
if (x == 0) {
    printf("最高位为0\n");
} else {
    printf("最高位不为0\n");
}

6.3 保留特定位

char x = 53;  // 0b00110101
x = x & 15;   // 0b00001111