C语言位运算(上)

位运算是指按二进制进行的运算。在系统软件中,常常需要处理二进制位的问题。C语言提供了6个位操作运算符。这些运算符只能用于整型操作数,即只能用于带符号或无符号的char,short,int与long类型。

C语言提供的位运算符列表:

  1. & 按位与 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
  2. | 按位或 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
  3. ^ 按位异或 若参加运算的两个二进制位值相同则为0,否则为1
  4. ~ 取反 ~是一元运算符,用来对一个二进制数按位取反,即将0变1,将1变0
  5. << 左移 用来将一个数的各二进制位全部左移N位,右补0
  6. ‘ >> 右移 将一个数的各二进制位右移N位,移到右端的低位被舍弃,对于无符号数,高位补0

1、“按位与”运算符(&)

按位与是指: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。这里的1可以理解为逻辑中的true,0可以理解为逻辑中的false。按位与其实与逻辑上“与”的运算规则一致。逻辑上的“与”,要求运算数全真,结果才为真。

若,A=true,B=true,则A∩B=true 例如:3&5 3的二进制编码是11(2)。(为了区分十进制和其他进制,本文规定,凡是非十进制的数据均在数据后面加上括号,括号中注明其进制,二进制则标记为2)内存储存数据的基本单位是字节(Byte),一个字节由8个位(bit)所组成。位是用以描述电脑数据量的最小单位。

二进制系统中,每个0或1就是一个位。将11(2)补足成一个字节,则是00000011(2)。5的二进制编码是101(2),将其补足成一个字节,则是00000101(2)
按位与运算:

00000011(2)
&00000101(2)
 00000001(2)

由此可知3&5=1
c语言代码:

#include <stdio.h>
main()
{
 int a=3;
 int b = 5;
 printf("%d",a&b);
}

按位与的用途:

(1)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,其中各个位符合一下条件:

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:原数为43,即00101011(2),另找一个数,设它为148,即10010100(2),将两者按位与运算:

00101011(2)
&10010100(2)
 00000000(2)

c语言源代码:

#include <stdio.h>
main()
{
 int a=43;
 int b = 148;
 printf("%d",a&b);
}

(2)取一个数中某些指定位

若有一个整数a(2byte),想要取其中的低字节,只需要将a与8个1按位与即可。

a 00101100 10101100
b 00000000 11111111
c 00000000 10101100

(3)保留指定位:

与一个数进行“按位与”运算,此数在该位取1.
例如:有一数84,即01010100(2),想把其中从左边算起的第3,4,5,7,8位保留下来,运算如下:

01010100(2)
&00111011(2)
 00010000(2)

即:a=84,b=59
c=a&b=16
c语言源代码:

#include <stdio.h>
main()
{
 int a=84;
 int b = 59;
 printf("%d",a&b);
}

2、“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。借用逻辑学中或运算的话来说就是,一真为真


例如:60(8)|17(8),将八进制60与八进制17进行按位或运算。

00110000
|00001111
 00111111

c语言源代码:

#include <stdio.h>
main()
{
 int a=060;
 int b = 017;
 printf("%d",a|b);
}

应用:按位或运算常用来对一个数据的某些位定值为1。例如:如果想使一个数a的低4位改为1,则只需要将a与17(8)进行按位或运算即可。

3、“异或”运算符(^)

他的规则是:若参加运算的两个二进制位值相同则为0,否则为1即0∧0=0,0∧1=1,1∧0=1, 1∧1=0
例:

00111001 ∧ 00101010=  00010011

c语言源代码:

#include <stdio.h>
main()
{
 int a=071;
 int b = 052;
 printf("%d",a^b);
}

应用:

(1)使特定位翻转

设有数01111010(2),想使其低4位翻转,即1变0,0变1.可以将其与00001111(2)进行“异或”运算,

即:

01111010
^00001111
 01110101

运算结果的低4位正好是原数低4位的翻转。可见,要使哪几位翻转就将与其进行∧运算的该几位置为1即可。

(2)与0相“异或”,保留原值

例如:012^00=012

00001010
^00000000
00001010

因为原数中的1与0进行异或运算得1,0^0得0,故保留原数。

(3) 交换两个值,不用临时变量

例如:a=3,即11(2);b=4,即100(2)。

想将a和b的值互换,可以用以下赋值语句实现:

a=a∧b;
b=b∧a;
a=a∧b;
a=011(2)
    (∧)b=100(2)
a=111(2)(a∧b的结果,a已变成7)
    (∧)b=100(2)
b=011(2)(b∧a的结果,b已变成3)
    (∧)a=111(2)

a=100(2)(a∧b的结果,a已变成4)

等效于以下两步:

① 执行前两个赋值语句:“a=a∧b;”和“b=b∧a;”相当于b=b∧(a∧b)。
② 再执行第三个赋值语句: a=a∧b。由于a的值等于(a∧b),b的值等于(b∧a∧b),

因此,相当于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语言源代码:

#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);
}

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