C語言位運(yùn)算
導(dǎo)語：C語言的設(shè)計(jì)目標(biāo)是提供一種能以簡(jiǎn)易的方式編譯、處理低級(jí)存儲(chǔ)器、產(chǎn)生少量的機(jī)器碼以及不需要任何運(yùn)行環(huán)境支持便能運(yùn)行的編程語言。下面我們來看看C語言位運(yùn)算，希望對(duì)大家有所幫助。
C語言位運(yùn)算。所謂位運(yùn)算，就是對(duì)一個(gè)比特(Bit)位進(jìn)行操作。比特(Bit)是一個(gè)電子元器件，8個(gè)比特構(gòu)成一個(gè)字節(jié)(Byte)，它已經(jīng)是粒度最小的可操作單元了。
C語言提供了六種位運(yùn)算符：
按位與運(yùn)算(&)
一個(gè)比特(Bit)位只有 0 和 1 兩個(gè)取值，只有參與&運(yùn)算的兩個(gè)位都為 1 時(shí)，結(jié)果才為 1，否則為 0。例如1&1為 1，0&0為 0，1&0也為 0，這和邏輯運(yùn)算符&&非常類似。
C語言中不能直接使用二進(jìn)制，&兩邊的操作數(shù)可以是十進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制，它們?cè)趦?nèi)存中最終都是以二進(jìn)制形式存儲(chǔ)，&就是對(duì)這些內(nèi)存中的二進(jìn)制位進(jìn)行運(yùn)算。其他的位運(yùn)算符也是相同的道理。
例如，9 & 5可以轉(zhuǎn)換成如下的運(yùn)算：
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 (9 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
& 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 (5 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0001 (1 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
也就是說，按位與運(yùn)算會(huì)對(duì)參與運(yùn)算的兩個(gè)數(shù)的所有二進(jìn)制位進(jìn)行&運(yùn)算，9 & 5的結(jié)果為 1。
又如，-9 & 5可以轉(zhuǎn)換成如下的運(yùn)算：
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 (-9 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
& 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 (5 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 (5 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
-9 & 5的結(jié)果是 5。
關(guān)于正數(shù)和負(fù)數(shù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)形式，我們已在教程《整數(shù)在內(nèi)存中是如何存儲(chǔ)的》中進(jìn)行了講解。
再強(qiáng)調(diào)一遍，&是根據(jù)內(nèi)存中的二進(jìn)制位進(jìn)行運(yùn)算的，而不是數(shù)據(jù)的二進(jìn)制形式;其他位運(yùn)算符也一樣。以-9&5為例，-9 的在內(nèi)存中的存儲(chǔ)和 -9 的二進(jìn)制形式截然不同：
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 (-9 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
-0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 (-9 的二進(jìn)制形式，前面多余的 0 可以抹掉)
按位與運(yùn)算通常用來對(duì)某些位清 0，或者保留某些位。例如要把 n 的高 16 位清 0 ，保留低 16 位，可以進(jìn)行n & 0XFFFF運(yùn)算(0XFFFF 在內(nèi)存中的存儲(chǔ)形式為 0000 0000 -- 0000 0000 -- 1111 1111 -- 1111 1111)。
【實(shí)例】對(duì)上面的分析進(jìn)行檢驗(yàn)。
00001. #include
00002.
00003. int main(){
00004. int n = 0X8FA6002D;
00005. printf("%d, %d, %X ", 9 & 5, -9 & 5, n & 0XFFFF);
00006. return 0;
00007. }
運(yùn)行結(jié)果：
1, 5, 2D
按位或運(yùn)算(|)
參與|運(yùn)算的兩個(gè)二進(jìn)制位有一個(gè)為 1 時(shí)，結(jié)果就為 1，兩個(gè)都為 0 時(shí)結(jié)果才為 0。例如1|1為1，0|0為0，1|0為1，這和邏輯運(yùn)算中的||非常類似。
例如，9 | 5可以轉(zhuǎn)換成如下的運(yùn)算：
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 (9 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
| 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 (5 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1101 (13 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
9 | 5的結(jié)果為 13。
又如，-9 | 5可以轉(zhuǎn)換成如下的運(yùn)算：
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 (-9 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
| 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 (5 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
-----------------------------------------------------------------------------------
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 (-9 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
-9 | 5的結(jié)果是 -9。
按位或運(yùn)算可以用來將某些位置 1，或者保留某些位。例如要把 n 的高 16 位置 1，保留低 16 位，可以進(jìn)行n | 0XFFFF0000運(yùn)算(0XFFFF0000 在內(nèi)存中的存儲(chǔ)形式為 1111 1111 -- 1111 1111 -- 0000 0000 -- 0000 0000)。
【實(shí)例】對(duì)上面的分析進(jìn)行校驗(yàn)。
00001. #include
00002.
00003. int main(){
00004. int n = 0X2D;
00005. printf("%d, %d, %X ", 9 | 5, -9 | 5, n | 0XFFFF0000);
00006. return 0;
00007. }
運(yùn)行結(jié)果：
13, -9, FFFF002D
按位異或運(yùn)算(^)
參與^運(yùn)算兩個(gè)二進(jìn)制位不同時(shí)，結(jié)果為 1，相同時(shí)結(jié)果為 0。例如0^1為1，0^0為0，1^1為0。
例如，9 ^ 5可以轉(zhuǎn)換成如下的運(yùn)算：
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 (9 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
^ 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 (5 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1100 (12 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
9 ^ 5的結(jié)果為 12。
又如，-9 ^ 5可以轉(zhuǎn)換成如下的運(yùn)算：
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 (-9 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
^ 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 (5 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
-----------------------------------------------------------------------------------
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0010 (-14 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
-9 ^ 5的結(jié)果是 -14。
按位異或運(yùn)算可以用來將某些二進(jìn)制位反轉(zhuǎn)。例如要把 n 的高 16 位反轉(zhuǎn)，保留低 16 位，可以進(jìn)行n ^ 0XFFFF0000運(yùn)算(0XFFFF0000 在內(nèi)存中的存儲(chǔ)形式為 1111 1111 -- 1111 1111 -- 0000 0000 -- 0000 0000)。
【實(shí)例】對(duì)上面的分析進(jìn)行校驗(yàn)。
00001. #include
00002.
00003. int main(){
00004. unsigned n = 0X0A07002D;
00005. printf("%d, %d, %X ", 9 ^ 5, -9 ^ 5, n ^ 0XFFFF0000);
00006. return 0;
00007. }
運(yùn)行結(jié)果：
12, -14, F5F8002D
取反運(yùn)算(~)
取反運(yùn)算符~為單目運(yùn)算符，右結(jié)合性，作用是對(duì)參與運(yùn)算的二進(jìn)制位取反。例如~1為0，~0為1，這和邏輯運(yùn)算中的!非常類似。。
例如，~9可以轉(zhuǎn)換為如下的運(yùn)算：
~ 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 (9 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
-----------------------------------------------------------------------------------
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0110 (-10 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
所以~9的結(jié)果為 -10。
例如，~-9可以轉(zhuǎn)換為如下的運(yùn)算：
~ 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 (-9 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1000 (9 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
所以~-9的結(jié)果為 8。
【實(shí)例】對(duì)上面的分析進(jìn)行校驗(yàn)。
00001. #include
00002.
00003. int main(){
00004. printf("%d, %d ", ~9, ~-9 );
00005. return 0;
00006. }
運(yùn)行結(jié)果：
-10, 8
左移運(yùn)算(<<)
左移運(yùn)算符<<用來把操作數(shù)的各個(gè)二進(jìn)制位全部左移若干位，高位丟棄，低位補(bǔ)0。
例如，9<<3可以轉(zhuǎn)換為如下的運(yùn)算：
<< 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 (9 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0100 1000 (72 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
所以9<<3的結(jié)果為 72。
又如，(-9)<<3可以轉(zhuǎn)換為如下的運(yùn)算：
<< 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 (-9 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
-----------------------------------------------------------------------------------
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1011 1000 (-72 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
所以(-9)<<3的結(jié)果為 -72
如果數(shù)據(jù)較小，被丟棄的高位不包含 1，那么左移 n 位相當(dāng)于乘以 2 的 n 次方。
【實(shí)例】對(duì)上面的結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)。
00001. #include
00002.
00003. int main(){
00004. printf("%d, %d ", 9<<3, (-9)<<3 );
00005. return 0;
00006. }
運(yùn)行結(jié)果：
72, -72
右移運(yùn)算(>>)
右移運(yùn)算符>>用來把操作數(shù)的各個(gè)二進(jìn)制位全部右移若干位，低位丟棄，高位補(bǔ) 0 或 1。如果數(shù)據(jù)的最高位是 0，那么就補(bǔ) 0;如果最高位是 1，那么就補(bǔ) 1。
例如，9>>3可以轉(zhuǎn)換為如下的運(yùn)算：
>> 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 (9 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0001 (1 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
所以9>>3的結(jié)果為 1。
又如，(-9)>>3可以轉(zhuǎn)換為如下的運(yùn)算：
>> 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 (-9 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
-----------------------------------------------------------------------------------
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1110 (-2 在內(nèi)存中的存儲(chǔ))
所以(-9)>>3的結(jié)果為 -2
如果被丟棄的低位不包含 1，那么右移 n 位相當(dāng)于除以 2 的 n 次方(但被移除的位中經(jīng)常會(huì)包含 1)。
【實(shí)例】對(duì)上面的結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)。
00001. #include
00002.
00003. int main(){
00004. printf("%d, %d ", 9>>3, (-9)>>3 );
00005. return 0;
00006. }
運(yùn)行結(jié)果：
1, -2
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