零基础入门学习C语言013讲：位运算

青旅半醒 2022-02-09 11:45 552阅读 0赞

# **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** #

(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。

# **“****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：

![20190502211854537.png][]

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

**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：

![20190502211952722.png][]

### **课间练习** ###

题目：

编写一个小程序，将输入的大写字母转换为小写字母，输入的小写字母转换为大写字母，要求用位操作完成转换过程。

//大小写转换
    #include <stdio.h>
    #include <conio.h>
    
    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  A 65 100 0001    
    	}
    	else
    	{
    		ch = ch | 255;  // 使第五位为1，变小写   a 97 110 0001
    	}
    
    	putchar(ch);
    
    	printf("\n");
    }

# **“****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：

![20190502212105430.png][]

# **“****异或****”****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：

![20190502212132670.png][]

**二、与０相∧，保留原值**

例如：

![20190502212153424.png][]

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**

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：

> ***通过异或交换a，b两个变量的值。***
> 
> ａ＝a∧b;
> 
> ｂ＝b∧a;
> 
> ａ＝a∧b;   这种方法也常应用于加密算法。

# **“****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：

![20190502212501151.png][]

# **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)

#include <stdio.h>
    
    void main()
    {
    	unsigned char a = -2;
    	a = a >> 1;  //127
    
    	printf("%d\n\n", a);
    }

有符号数：a>>1: 1111 1111  (算术右移时)

#include <stdio.h>
    
    void main()
    {
    	signed char a = -2;
    	a = a >> 1;  //-1
    
    	printf("%d\n\n", a);
    }

# **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 )

#include <stdio.h>
    
    void main()
    {
    	char a, b, c, d;
    
    	printf("请输入待检验数字: ");
    	scanf("%d", &a);
    	b = a >> 2;
    	c = ~(~0 << 4);
    	d = b & c;
    
    	printf("%d\n", d);
    }

# **循环移位** #

**题目：要求将ａ进行右循环移位**

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#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    void main()
    {
    	unsigned char a, b, c;
    	int n;
    
    	printf("请输入需要实现循环右移的数字: ");
    	scanf("%d", &a);
    	printf("请输入需要实现右移的位数: ");
    	scanf("%d", &n);
    
    	b = a << (sizeof(char)* 8 - n);
    	c = a >> n;
    	c = c | b;
    	printf("结果是: %c\n");
    	system("pause");
    }

# **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。

> 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。

[20190502211854537.png]: /images/20220206/582cc207f24b4248b1de81824f5374cd.png
[20190502211952722.png]: /images/20220206/65e9105a51e24bad88c5b1300297f1d8.png
[20190502212105430.png]: /images/20220206/add0d02efe904ebab9b520244ce08af4.png
[20190502212132670.png]: /images/20220206/44adf3c4640f4dc2886055a9416e51d2.png
[20190502212153424.png]: /images/20220206/d9ec2946138e460b93100566300cbd66.png
[20190502212501151.png]: /images/20220206/0571f83b8dd943cdb11595210d0f7fce.png
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