C语言位运算
C语言位运算详解
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：
运算符含义描述
& 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
| 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
^ 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
~ 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
<< 左移 用来将一个数的各二进制位全部左移N位，右补0
>> 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>
void 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>
void 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>
void 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>
void 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>
void 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>
void 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”运算符（~）
它是一元运算符，用于求整数的二进制反码，即分别将操作数各二进制位上的1变为0，0变为1。
例如：~77(8)
源代码：
#include <stdio.h>
void main()
{
int a=077;
printf("%d",~a);
}
5、左移运算符（<<）
左移运算符是用来将一个数的各二进制位左移若干位，移动的位数由右操作数指定（右操作数必须是非负值），其右边空出的位用0填补，高位左移溢出则舍弃该高位。
例如：将a的二进制数左移2位，右边空出的位补0，左边溢出的位舍弃。若a=15,即00001111（2），左移2位得00111100（2）。
源代码：
#include <stdio.h>
void main()
{
int a=15;
printf("%d",a<<2);
}
左移1位相当于该数乘以2，左移2位相当于该数乘以2*2＝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。
6、右移运算符（>>）
右移运算符是用来将一个数的各二进制位右移若干位，移动的位数由右操作数指定（右操作数必须是非负值），移到右端的低位被舍弃，对于无符号数，高位补0。对于有符号数，某些机器将对左边空出的部分用符号位填补（即“算术移位”），而另一些机器则对左边空出的部分用0填补（即“逻辑移位”）。注意：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“逻辑移位”,即简单移位；移入1的称为“算术移位”。
例： a的值是八进制数113755：
a:1001011111101101 （用二进制形式表示）
a>>1: 0100101111110110 (逻辑右移时)
a>>1: 1100101111110110 (算术右移时)
在有些系统中,a>>1得八进制数045766,而在另一些系统上可能得到的是145766。Turbo C和其他一些C编译采用的是算术右移,即对有符号数右移时,如果符号位原来为1，左面移入高位的是1。
源代码：
#include <stdio.h>
void main()
{
int a=0113755;
printf("%d",a>>1);
}
7、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: &=, |=, >>=, <<=, ∧=
例：
a & = b相当于 a = a & b
a << =2相当于a = a << 2
一．逻辑运算符
1.& 位与运算
1) 运算规则
位与运算的实质是将参与运算的两个数据，按对应的二进制数逐位进行逻辑与运算。例如：int型常量4和7进行位与运算的运算过程如下：
4=0000 0000 0000 0100 &7 =0000 0000 0000 0111= 0000 0000 0000 0100
对于负数，按其补码进行运算。例如：例如：int型常量-4和7进行位与运算的运算过程如下： －4=1111 1111 1111 1100 &7 =0000 0000 0000 0111= 0000 0000 0000 0100
2) 典型应用
(1) 清零
清零：快速对某一段数据单元的数据清零，即将其全部的二进制位为0。例如整型数a=321对其全部数据清零的操作为a=a&0x0。
321 = 0000 0001 0100 0001 &0 = 0000 0000 0000 0000 = 0000 0000 0000 0000
(2) 获取一个数据的指定位
获取一个数据的指定位。例如获得整型数a=的低八位数据的操作为a=a&0xFF。
321 = 0000 0001 0100 0001 & 0xFF = 0000 0000 1111 11111 = 0000 0000 0100 0001
获得整型数a=的高八位数据的操作为a=a&0xFF00。==a&0XFF00==
321 = 0000 0001 0100 0001 & 0XFF00 = 1111 1111 0000 0000 = 0000 0001 0000 0000
(3)保留数据区的特定位
保留数据区的特定位。例如获得整型数a=的第7-8位（从0开始）位的数据操作为： 110000000
32 = 0000 0001 0100 0001 & 384 = 0000 0001 1000 0000 = 0000 0001 0000 0000
2. | 位或运算
1) 运算规则
位或运算的实质是将参与运算的两个数据，按对应的二进制数逐位进行逻辑或运算。例如：int型常量5和7进行位或运算的表达式为5|7，结果如下：5 = 0000 0000 0000 0101 | 7 = 0000 0000 0000 0111 = 0000 0000 0000 0111
2) 主要用途
(1) 设定一个数据的指定位。例如整型数a=321，将其低八位数据置为1的操作为a = a|0XFF。
321 = 0000 0001 0100 0001 | 0000 0000 1111 1111 = 0000 0000 1111 1111
逻辑运算符||与位或运算符|的区别
条件“或”运算符 (||) 执行 bool 操作数的逻辑“或”运算，但仅在必要时才计算第二个操作数。 x || y , x | y 不同的是，如果 x 为 true，则不计算 y（因为不论 y 为何值，“或”操作的结果都为 true）。这被称作为“短路”计算。
3. ^ 位异或
1) 运算规则
位异或运算的实质是将参与运算的两个数据，按对应的二进制数逐位进行逻辑异或运算。只有当对应位的二进制数互斥的时候，对应位的结果才为真。例如：int型常量5和7进行位异或运算的表达式为5^7，结果如下：
5 = 0000 0000 0000 0101^7 = 0000 0000 0000 0111 = 0000 0000 0000 0010
2) 典型应用
(1)定位翻转
定位翻转：设定一个数据的指定位，将1换为0，0换为1。例如整型数a=321,，将其低八位数据进行翻位的操作为：
a = a^0XFF;
(2)数值交换
数值交换。例如a = 3,b = 4。在例11-1中，无须引入第三个变量，利用位运算即可实现数据交换。以下的操作可以实现a,b两个数据的交换：
a = a^b;
b = b^a;
a = a^b;
4．~ 位非
位非运算的实质是将参与运算的两个数据，按对应的二进制数逐位进行逻辑非运算。
二．位移运算符
1．位左移
左移运算的实质是将对应的数据的二进制值逐位左移若干位，并在空出的位置上填0，最高位溢出并舍弃。
例如：
int a,b;
a = 5;
b = a << 2;
则b = 20，分析过程如下：
(a)10 = (5)10 = (0000 0000 0000 0101)2
b = a << 2;
b = (0000 0000 0001 0100)2 = (20)10
从上例可以看出位运算可以实现二倍乘运算。由于位移操作的运算速度比乘法的运算速度高很多。因此在处理数据的乘法运算的时，采用位移运算可以获得较快的速度。
提示 将所有对2的乘法运算转换为位移运算，可提高程序的运行效率。
2．位右移
位右移运算的实质是将对应的数据的二进制值逐位右移若干位，并舍弃出界的数字。如果当前的数为无符号数，高位补零。例如：
int (a)10 = (5)10 = (0000 0000 0000 0101)2
b = a >> 2;
b = (0000 0000 0000 0001)2 = (1)10
如果当前的数据为有符号数，在进行右移的时候，根据符号位决定左边补0还是补1。如果符号位为0，则左边补0；但是如果符号位为1，则根据不同的计算机系统，可能有不同的处理方式。可以看出位右移运算，可以实现对除数为2的整除运算。
提示 将所有对2的整除运算转换为位移运算，可提高程序的运行效率
3．复合的位运算符
在C语言中还提供复合的位运算符，如下：
&=、!=、>>=、<<=和^=
例如：a&=0x11等价于 a= a&0x11，其他运算符以此类推。
不同类型的整数数据在进行混合类型的位运算时，按右端对齐原则进行处理，按数据长度大的数据进行处理，将数据长度小的数据左端补0或1。例如char a与int b进行位运算的时候，按int 进行处理，char a转化为整型数据，并在左端补0。
补位原则如下：
1) 对于有符号数据：如果a为正整数，则左端补0，如果a 为负数，则左端补1。
2) 对于无符号数据：在左端补0。
4．例子
例11-2 获得一个无符号数据从第p位开始的n位二进制数据。假设数据右端对齐，第0位二进制数在数据的最右端，获得的结果要求右对齐。
#include
/*getbits:获得从第p位开始的n位二进制数 */
unsigned int getbits(unsigned int x, unsigned int p, unsigned n)
{
unsigned int a;
unsigned int b;
a = x >> (p+1);
b = ~(~0<
return a&b;
}
提示 在某一平台进行程序开发时，首先要求了解此系统的基本数据类型的有效范围， 对涉及的位运算进行评估，特别是要对边界数据进行检测，确保计算正确。
