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C語言位運(yùn)算詳解

 @IT小小鳥@ 2012-03-01
位運(yùn)算是指按二進(jìn)制進(jìn)行的運(yùn)算。在系統(tǒng)軟件中,常常需要處理二進(jìn)制位的問題。C語言提供了6個(gè)位操作運(yùn)算符。這些運(yùn)算符只能用于整型操作數(shù),即只能用于帶符號或無符號的char,short,int與long類型。

C語言提供的位運(yùn)算符列表:
運(yùn)算符 含義 描述
& 按位與 如果兩個(gè)相應(yīng)的二進(jìn)制位都為1,則該位的結(jié)果值為1,否則為0
| 按位或 兩個(gè)相應(yīng)的二進(jìn)制位中只要有一個(gè)為1,該位的結(jié)果值為1
^ 按位異或 若參加運(yùn)算的兩個(gè)二進(jìn)制位值相同則為0,否則為1
~ 取反 ~是一元運(yùn)算符,用來對一個(gè)二進(jìn)制數(shù)按位取反,即將0變1,將1變0
<< 左移 用來將一個(gè)數(shù)的各二進(jìn)制位全部左移N位,右補(bǔ)0
>> 右移 將一個(gè)數(shù)的各二進(jìn)制位右移N位,移到右端的低位被舍棄,對于無符號數(shù),高位補(bǔ)0

1、“按位與”運(yùn)算符(&)

    按位與是指:參加運(yùn)算的兩個(gè)數(shù)據(jù),按二進(jìn)制位進(jìn)行“與”運(yùn)算。如果兩個(gè)相應(yīng)的二進(jìn)制位都為1,

則該位的結(jié)果值為1;否則為0。這里的1可以理解為邏輯中的true,0可以理解為邏輯中的false。按位與其

實(shí)與邏輯上“與”的運(yùn)算規(guī)則一致。邏輯上的“與”,要求運(yùn)算數(shù)全真,結(jié)果才為真。若,

A=true,B=true,則A∩B=true 例如:3&5 3的二進(jìn)制編碼是11(2)。(為了區(qū)分十進(jìn)制和其他進(jìn)制,本文規(guī)

定,凡是非十進(jìn)制的數(shù)據(jù)均在數(shù)據(jù)后面加上括號,括號中注明其進(jìn)制,二進(jìn)制則標(biāo)記為2)內(nèi)存儲(chǔ)存數(shù)據(jù)

的基本單位是字節(jié)(Byte),一個(gè)字節(jié)由8個(gè)位(bit)所組成。位是用以描述電腦數(shù)據(jù)量的最小單位。二

進(jìn)制系統(tǒng)中,每個(gè)0或1就是一個(gè)位。將11(2)補(bǔ)足成一個(gè)字節(jié),則是00000011(2)。5的二進(jìn)制編碼是

101(2),將其補(bǔ)足成一個(gè)字節(jié),則是00000101(2)
按位與運(yùn)算:
 00000011(2)
&00000101(2)
 00000001(2)
由此可知3&5=1
c語言代碼:
#include <stdio.h>
main()
{
 int a=3;
 int b = 5;
 printf(“%d”,a&b);
}
按位與的用途:
(1)清零
若想對一個(gè)存儲(chǔ)單元清零,即使其全部二進(jìn)制位為0,只要找一個(gè)二進(jìn)制數(shù),其中各個(gè)位符合一下條件:

原來的數(shù)中為1的位,新數(shù)中相應(yīng)位為0。然后使二者進(jìn)行&運(yùn)算,即可達(dá)到清零目的。
例:原數(shù)為43,即00101011(2),另找一個(gè)數(shù),設(shè)它為148,即10010100(2),將兩者按位與運(yùn)算:
 00101011(2)
&10010100(2)
 00000000(2)
c語言源代碼:
#include <stdio.h>
main()
{
 int a=43;
 int b = 148;
 printf(“%d”,a&b);
}
(2)取一個(gè)數(shù)中某些指定位
若有一個(gè)整數(shù)a(2byte),想要取其中的低字節(jié),只需要將a與8個(gè)1按位與即可。
a 00101100 10101100
b 00000000 11111111
c 00000000 10101100
(3)保留指定位:
與一個(gè)數(shù)進(jìn)行“按位與”運(yùn)算,此數(shù)在該位取1.
例如:有一數(shù)84,即01010100(2),想把其中從左邊算起的第3,4,5,7,8位保留下來,運(yùn)算如下:
 01010100(2)
&00111011(2)
 00010000(2)
即:a=84,b=59
    c=a&b=16
c語言源代碼:
#include <stdio.h>
main()
{
 int a=84;
 int b = 59;
 printf(“%d”,a&b);
}

2、“按位或”運(yùn)算符(|)
兩個(gè)相應(yīng)的二進(jìn)制位中只要有一個(gè)為1,該位的結(jié)果值為1。借用邏輯學(xué)中或運(yùn)算的話來說就是,一真為真

。
例如:60(8)|17(8),將八進(jìn)制60與八進(jìn)制17進(jìn)行按位或運(yùn)算。
 00110000
|00001111
 00111111
c語言源代碼:
#include <stdio.h>
main()
{
 int a=060;
 int b = 017;
 printf(“%d”,a|b);
}
應(yīng)用:按位或運(yùn)算常用來對一個(gè)數(shù)據(jù)的某些位定值為1。例如:如果想使一個(gè)數(shù)a的低4位改為1,則只需要

將a與17(8)進(jìn)行按位或運(yùn)算即可。

3、“異或”運(yùn)算符(^)
他的規(guī)則是:若參加運(yùn)算的兩個(gè)二進(jìn)制位值相同則為0,否則為1
即0∧0=0,0∧1=1,1∧0=1, 1∧1=0
    例:   00111001
        ∧ 00101010
           00010011
c語言源代碼:
#include <stdio.h>
main()
{
 int a=071;
 int b = 052;
 printf(“%d”,a^b);
}
應(yīng)用:
(1)使特定位翻轉(zhuǎn)
設(shè)有數(shù)01111010(2),想使其低4位翻轉(zhuǎn),即1變0,0變1.可以將其與00001111(2)進(jìn)行“異或”運(yùn)算,

即:
 01111010
^00001111
 01110101
運(yùn)算結(jié)果的低4位正好是原數(shù)低4位的翻轉(zhuǎn)??梢?,要使哪幾位翻轉(zhuǎn)就將與其進(jìn)行∧運(yùn)算的該幾位置為1

即可。
(2)與0相“異或”,保留原值
例如:012^00=012
        00001010
       ^00000000
        00001010
因?yàn)樵瓟?shù)中的1與0進(jìn)行異或運(yùn)算得1,0^0得0,故保留原數(shù)。
(3) 交換兩個(gè)值,不用臨時(shí)變量
例如:a=3,即11(2);b=4,即100(2)。
想將a和b的值互換,可以用以下賦值語句實(shí)現(xiàn):
    a=a∧b;
    b=b∧a;
    a=a∧b;
a=011(2)
    (∧)b=100(2)
a=111(2)(a∧b的結(jié)果,a已變成7)
    (∧)b=100(2)
b=011(2)(b∧a的結(jié)果,b已變成3)
    (∧)a=111(2)
a=100(2)(a∧b的結(jié)果,a已變成4)
等效于以下兩步:
    ① 執(zhí)行前兩個(gè)賦值語句:“a=a∧b;”和“b=b∧a;”相當(dāng)于b=b∧(a∧b)。
    ② 再執(zhí)行第三個(gè)賦值語句: a=a∧b。由于a的值等于(a∧b),b的值等于(b∧a∧b),

因此,相當(dāng)于a=a∧b∧b∧a∧b,即a的值等于a∧a∧b∧b∧b,等于b。
很神奇吧!
c語言源代碼:
#include <stdio.h>
main()
{
 int a=3;
 int b = 4;
 a=a^b;
 b=b^a;
 a=a^b;
 printf(“a=%d b=%d”,a,b);
}

4、“取反”運(yùn)算符(~)
他是一元運(yùn)算符,用于求整數(shù)的二進(jìn)制反碼,即分別將操作數(shù)各二進(jìn)制位上的1變?yōu)?,0變?yōu)?。
例如:~77(8)
源代碼:
#include <stdio.h>
main()
{
 int a=077;
 printf(“%d”,~a);
}

5、左移運(yùn)算符(<<)
左移運(yùn)算符是用來將一個(gè)數(shù)的各二進(jìn)制位左移若干位,移動(dòng)的位數(shù)由右操作數(shù)指定(右操作數(shù)必須是非負(fù)

值),其右邊空出的位用0填補(bǔ),高位左移溢出則舍棄該高位。
例如:將a的二進(jìn)制數(shù)左移2位,右邊空出的位補(bǔ)0,左邊溢出的位舍棄。若a=15,即00001111(2),左移2

位得00111100(2)。
源代碼:
#include <stdio.h>
main()
{
 int a=15;
 printf(“%d”,a<<2);
}
左移1位相當(dāng)于該數(shù)乘以2,左移2位相當(dāng)于該數(shù)乘以2*2=4,15<<2=60,即乘了4。但此結(jié)論只適用于該

數(shù)左移時(shí)被溢出舍棄的高位中不包含1的情況。
    假設(shè)以一個(gè)字節(jié)(8位)存一個(gè)整數(shù),若a為無符號整型變量,則a=64時(shí),左移一位時(shí)溢出的是0

,而左移2位時(shí),溢出的高位中包含1。

6、右移運(yùn)算符(>>)
右移運(yùn)算符是用來將一個(gè)數(shù)的各二進(jìn)制位右移若干位,移動(dòng)的位數(shù)由右操作數(shù)指定(右操作數(shù)必須是非負(fù)

值),移到右端的低位被舍棄,對于無符號數(shù),高位補(bǔ)0。對于有符號數(shù),某些機(jī)器將對左邊空出的部分

用符號位填補(bǔ)(即“算術(shù)移位”),而另一些機(jī)器則對左邊空出的部分用0填補(bǔ)(即“邏輯移位”)。注

意:對無符號數(shù),右移時(shí)左邊高位移入0;對于有符號的值,如果原來符號位為0(該數(shù)為正),則左邊也是移

入0。如果符號位原來為1(即負(fù)數(shù)),則左邊移入0還是1,要取決于所用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。有的系統(tǒng)移入0,有的

系統(tǒng)移入1。移入0的稱為“邏輯移位”,即簡單移位;移入1的稱為“算術(shù)移位”。
例: a的值是八進(jìn)制數(shù)113755:
   a:1001011111101101 (用二進(jìn)制形式表示)
   a>>1: 0100101111110110 (邏輯右移時(shí))
   a>>1: 1100101111110110 (算術(shù)右移時(shí))
   在有些系統(tǒng)中,a>>1得八進(jìn)制數(shù)045766,而在另一些系統(tǒng)上可能得到的是145766。Turbo C和其他一些C

編譯采用的是算術(shù)右移,即對有符號數(shù)右移時(shí),如果符號位原來為1,左面移入高位的是1。
源代碼:
#include <stdio.h>
main()
{
 int a=0113755;
 printf(“%d”,a>>1);
}

7、位運(yùn)算賦值運(yùn)算符

位運(yùn)算符與賦值運(yùn)算符可以組成復(fù)合賦值運(yùn)算符。
   例如: &=, |=, >>=, <<=, ∧=
   例:  a & = b相當(dāng)于 a = a & b
         a << =2相當(dāng)于a = a << 2

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