C21第12章 位运算

位操作符
C语言提供的位操作符有按位与&、按位或｜、按位异或 语言提供的位操作符有按位与& 按位或｜、按位异或 ｜、 ^、取反~、左移<<和右移>>。 取反~ 左移<<和右移>>。 <<和右移>> 位操作符的操作数仅限整型（字符型）， 位操作符的操作数仅限整型（字符型）， 为简明下面示例中位操作符的操作数多为字符型。 为简明下面示例中位操作符的操作数多为字符型。
结构体中的结构体
结构体struct bitfield虽然有三个整型成员a,b,c,但 虽然有三个整型成员a,b,c, 结构体struct bitfield虽然有三个整型成员a,b,c,但 它们存储空间的长度只有2 它们存储空间的长度只有2位、4位和2位。 位和2 特别强调，整型成员a 特别强调，整型成员a、b、c虽然位数不多，但仍为有 虽然位数不多， 符号数， 符号数，即a、c的取值范围为-2至1，b的取值范围为-8至 的取值范围为的取值范围为7。
新编C语言程序设计教程
清华大学出版社
周二强
zeq@ 软件学院
计算机科学与工程系
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第12章 位运算 12章
12. 12.1 位操作符
12.1.1 按位与操作符& 12.1.2 按位或操作符｜ 12.1.3 异或操作符^ 12.1.4 取反操作符~ 12.1.5 左移操作符<< 12.1.6 右移操作符>>
12. 12.2 位运算示例 12. 12.3 位段
位运算
位运算是指按二进制位进行的运算， 位运算是指按二进制位进行的运算，实际上就是直接对整数 在内存中的二进制位进行操作。 在内存中的二进制位进行操作。 考虑这样的问题：编程控制编号为0 考虑这样的问题：编程控制编号为0至7的八盏灯的开关。 的八盏灯的开关。 可以定义一个长度为8的短整型数组变量a。 可以定义一个长度为8的短整型数组变量a 可以定义一个无符号的字符型变量c 可以定义一个无符号的字符型变量c。 如果c的值为128（ 0000）， ），则 号灯亮，其余灯灭； 如果c的值为128（1000 0000），则7号灯亮，其余灯灭；为 128 192时 0000）， ），则 号和7号灯亮，其余的灭。 192时（1100 0000），则6号和7号灯亮，其余的灭。 但是要改变某盏灯的状态而不影响其他灯的，却并非易事。 但是要改变某盏灯的状态而不影响其他灯的，却并非易事。
例12-1 分析下面求整数绝对值 的函数
分析： 分析： 如果x>=0,则 的值为0 的结果仍为x 如果x>=0,则y的值为0，(x ^ y) - y 的结果仍为x。 x>=0, 如果x<0,则 的值为如果x<0,则y的值为-1，x与y进行异或运算实际上为对x进 x<0, 进行异或运算实际上为对x 行取反操作， 行取反操作，减y就是加1。x取反加1的结果就是x的相反数 就是加1 取反加1的结果就是x ，即-x。
return
左移操作符<< 12.1.5 左移操作符<<
左移操作符<<常用形式为： 左移操作符<<常用形式为：a << n <<常用形式为 其中， 其中，a和n均为整数，表达式求值时将a的二进制位全 均为整数，表达式求值时将a 部左移n 部左移n位，右端补n个0，左端移出的n位因溢出而舍弃。 右端补n 左端移出的n位因溢出而舍弃。 显然n的取值范围通常为1至sizeof(a)。 显然n的取值范围通常为1 sizeof(a)。 左移1位的值为a 左移1位的值为a的2倍，左移2位的值为a的4倍，……（ 左移2位的值为a ……（ 表达式的值不能超出整型的取值范围）。左移操作要比相 表达式的值不能超出整型的取值范围）。左移操作要比相 ）。 应的乘法运算（a*2）快得多。 应的乘法运算（a*2）快得多。 在位运算中，左移运算常用于构造操作数。 在位运算中，左移运算常用于构造操作数。
注意：
按位与操作符也可以构成复合赋值操作符， 1. 按位与操作符也可以构成复合赋值操作符，即c = c 0x7f可改写为 可改写为c 0x7f。 & 0x7f可改写为c &= 0x7f。 利用按位与操作符对整型变量a的各位进行取舍时， 2. 利用按位与操作符对整型变量a的各位进行取舍时， 如果保留某位的值，则另一操作数的对应位值为1；如果 如果保留某位的值，则另一操作数的对应位值为1 清零，则对应位的值为0 清零，则对应位的值为0。 1、 0、 0、 1 & 1 = 1、1 & 0 = 0、0 & 1 = 0、0 & 0 = 0
构造操作数
无符号字符型变量c的值为165，需点亮第6号灯， 无符号字符型变量c的值为165，需点亮第6号灯，可以 165 用如下表达式 6，其中， 6即 0000。 c |= 1 << 6，其中，1 << 6即0100 0000。 注意： 注意： 左移操作也可看作算术运算， 左移操作也可看作算术运算，故其优先级低于算术操作 符但高于关系运算符。 符但高于关系运算符。 单目操作符~的优先级较高。按位与、 单目操作符~的优先级较高。按位与、按位或和按位异 或的优先级低于关系操作符，但高于逻辑操作符。 或的优先级低于关系操作符，但高于逻辑操作符。
return
按位与操作符& 12.1.1 按位与操作符&
按位与操作符&将参与运算的两个操作数， 按位与操作符&将参与运算的两个操作数，按二位进制 位进行“ 位进行“与”运算。与运算时，如果两个二进制位上的数 运算。与运算时， 均为1 则运算结果的相应位为1 均为1 ，则运算结果的相应位为1，否则运算结果的相应 位为0。即 位为0 1、 0、 0、 1 & 1 = 1、1 & 0 = 0、0 & 1 = 0、0 & 0 = 0 例如： 3， b的值为 的值为2 例如：char a = -2, b = 3，则a & b的值为2。
return
பைடு நூலகம்
按位或操作符｜ 12.1.2 按位或操作符｜
按位或操作符｜将参与运算的两个操作数， 按位或操作符｜将参与运算的两个操作数，按二进制位 进行“ 进行“或”运算。或运算时，如果两个二进制位上的数都 运算。或运算时， 为0，则运算结果的对应位为0；否则，对应位为1。即 则运算结果的对应位为0 否则，对应位为1 1 | 1 = 1、1 | 0 = 1、0 | 1 = 1、0 | 0 = 0。 1、 1、 1、 0。 由运算规则可知，利用按位或操作符｜ 由运算规则可知，利用按位或操作符｜可以很容易地在 不影响其它位的情况下将一个整数的某位设置为1 不影响其它位的情况下将一个整数的某位设置为1。 例如，无符号字符型c的值为165，需点亮1号灯时， 例如，无符号字符型c的值为165，需点亮1号灯时，只 165 要让c 0x2作按位或运算即可。 要让c与0x2作按位或运算即可。c |= 0x2 作按位或运算即可
按位与操作符&
从按位与操作符&的运算规则可知，利用按位与操作符& 从按位与操作符&的运算规则可知，利用按位与操作符& 可以很容易地在不影响其它位的情况下将一个整数的某位 设置为0 设置为0。 例如，无符号字符型c的值为165（1010 0101），即现 0101）， ），即现 例如，无符号字符型c的值为165（ 165 在是第0 在是第0、2、5、7号灯亮。需熄灭第七号灯时， 号灯亮。需熄灭第七号灯时， 只要让c 0x7f（ 1111）进行按位与运算即可。 只要让c与0x7f（0111 1111）进行按位与运算即可。
return
12.1.3 异或操作符^
异或操作符^也称xor操作符。 异或” 异或操作符^也称xor操作符。“异或”指参与运算的两个二 xor操作符 进制位是否为异（不同），不同时结果为1 进制位是否为异（不同），不同时结果为1（真），相同时结 ），不同时结果为 ），相同时结 果为0 果为0（假）。即 ）。即 1 ^ 1 = 0、1 ^ 0 = 1、0 ^ 1 = 1、0 ^ 0 = 0。 0、 1、 1、 0。 分析运算规则可知，某位与1进行异或运算时， 分析运算规则可知，某位与1进行异或运算时，结果与该位正 好相反（翻转），即 好相反（翻转），即1变0，0变1；某位与0进行异或时，结果 ）， 某位与0进行异或时， 与该位相同。 与该位相同。 例如，无符号字符型c的值为165，需把第0 例如，无符号字符型c的值为165，需把第0到3号灯的状态进 165 行翻转时即亮的灭，灭的亮，只要让c 0xf作异或操作即可。 行翻转时即亮的灭，灭的亮，只要让c与0xf作异或操作即可。 作异或操作即可 return c ^= 0xf
取反操作符~ 12.1.4 取反操作符~
取反操作符是一个单目操作符， 取反操作符是一个单目操作符，用来对一个整数按二进 制位取反， 制位取反，即0变1，1变0。 例如，无符号字符型c的值为165， 例如，无符号字符型c的值为165，需把所有灯的状态进 165 行翻转时，只要让进行取反操作即可。c = ~c。 ~c。 行翻转时，只要让进行取反操作即可。 整数a的相反数可以表示为~a 1。 整数a的相反数可以表示为~a + 1。 因为~a等价于-1-a，故~a+1的值为-1-a+1为-a。 因为~a等价于~a+1的值为- a+1为 ~a等价于 的值为
return
右移操作符>> 12.1.6 右移操作符>>
右移操作符与左移操作符类似，表达式a n求值时 求值时， 右移操作符与左移操作符类似，表达式a >> n求值时， 会将a的二进制位全部右移n 会将a的二进制位全部右移n位，右端移出的n位因溢出而 右端移出的n 被舍弃。 被舍弃。 根据左端移入数的不同，右移操作分为“逻辑右移”和 根据左端移入数的不同，右移操作分为“逻辑右移” “算术右移”两种。 算术右移”两种。 逻辑右移时，无论a为何类型，左端均移入n 逻辑右移时，无论a为何类型，左端均移入n个0；算术 右移时，如果a为无符号数，则左端移入n 右移时，如果a为无符号数，则左端移入n个0；如果a为有 如果a 符号数，则左端移入的数为a的符号位， 符号数，则左端移入的数为a的符号位，即a为正数时移入 0，a为负数时移入1。TC和VC6.0中均采用算术右移。 为负数时移入1 TC和VC6.0中均采用算术右移。 中均采用算术右移