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C語言位運(yùn)算符的具體使用

更新時(shí)間：2021年09月09日 11:28:01 投稿：zx

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。本文就詳細(xì)的介紹一下，感興趣的可以了解一下

對于更多緊湊的數(shù)據(jù)，C 程序可以用獨(dú)立的位或多個(gè)組合在一起的位來存儲(chǔ)信息。文件訪問許可就是一個(gè)常見的應(yīng)用案例。位運(yùn)算符允許對一個(gè)字節(jié)或更大的數(shù)據(jù)單位中獨(dú)立的位做處理：可以清除、設(shè)定，或者倒置任何位或多個(gè)位。也可以將一個(gè)整數(shù)的位模式（bit pattern）向右或向左移動(dòng)。

整數(shù)類型的位模式由一隊(duì)按位置從右到左編號的位組成，位置編號從 0 開始，這是最低有效位（least significant bit）。例如，考慮字符值'*'，它的 ASCII 編碼為 42，相當(dāng)于二進(jìn)制的 101010：
位模式　0　0　1　0　1　0　1　0
位位置　7　6　5　4　3　2　1　0

在本例中，值 101010 被表示成一個(gè) 8 位的字節(jié)內(nèi)容，因此前面多兩個(gè) 0。

布爾位運(yùn)算符

表 1 中列舉的運(yùn)算符可以對操作數(shù)的每個(gè)位進(jìn)行布爾運(yùn)算。這種二元運(yùn)算符把兩個(gè)不同操作數(shù)內(nèi)相同位置的位關(guān)聯(lián)起來。被設(shè)定的位（也就是值為 1 的位）被解釋為 true，被清除的位（也就是值為 0 的位）被解釋為 false。

除布爾運(yùn)算符 AND、OR 和 NOT 以外，也有位異或運(yùn)算符（exclusive-OR，XOR）。這些都在表 1 進(jìn)行了列舉。

運(yùn)算符	意義	示例	對于每個(gè)位位置的結(jié)果（1=設(shè)定，0=清除）
&	位 AND	x&y	如果 x 和 y 都為 1，則得到 1；如果 x 或 y 任何一個(gè)為 0，或都為0，則得到 0
\|	位 OR	x\|y	如果 x 或 y 為 1，或都為 1，則得到 1；如果 x 和 y 都為 0，則得到 0
^	位 XOR	x^y	如果 x 或 y 的值不同，則得到 1；如果兩個(gè)值相同，則得到 0
~	位 NOT（I的補(bǔ)碼）	~x	如果 x 為 0，則得到 1，如果 x 是 1，則得到 0

表1 布爾位運(yùn)算符

位運(yùn)算符的操作數(shù)必須是整數(shù)類型，并且遵循尋常算術(shù)轉(zhuǎn)換（usualarithmetic conversion）。轉(zhuǎn)換后獲得的操作數(shù)通用類型就是整個(gè)計(jì)算結(jié)果的類型。表 2 展示了這些運(yùn)算符的效果。

表達(dá)式（或聲明）	位模式
int a=6;	0···00110
int b=11;	0···01011
a&b	0···00010
a\|b	0···01111
a^b	0···01101
~a	1···11001

表2 位運(yùn)算符的效果

可以將一個(gè)整數(shù) a 的特定位清除，做法是將整數(shù) a 和另一個(gè)整數(shù)進(jìn)行位 AND 運(yùn)算，其中，另一個(gè)整數(shù)在需要清除的位為 0，其他位則為 1，并位 AND 運(yùn)算，其中，另一個(gè)整數(shù)在需要清除的位為 0，其他位則為 1，并將 AND 運(yùn)算的結(jié)果賦值給整數(shù) a。

該另一個(gè)整數(shù)，即位 AND 運(yùn)算的第二個(gè)操作數(shù)，被設(shè)定為 1 的位置（稱為位掩碼），這些位置經(jīng)過位 AND 運(yùn)算，不會(huì)改變第一個(gè)操作數(shù)對應(yīng)位置的值。例如，一個(gè)整數(shù)與一個(gè)位掩碼 0xFF 進(jìn)行位 AND 運(yùn)算后，將保留最低位置的 8 個(gè)位，而會(huì)清除其他所有位的值：

a &= OxFF;            // 相當(dāng)于：a = a & OxFF;

在該示例中，復(fù)合賦值運(yùn)算符 &= 也會(huì)執(zhí)行 & 運(yùn)算。復(fù)合賦值運(yùn)算符與其他二元位運(yùn)算符具有類似的執(zhí)行方式，這里不再贅述。

位運(yùn)算符也可以用來生成位掩碼，以供以后的位運(yùn)算使用。例如，在位模式 0x20 中，只有位5被設(shè)定。因此表達(dá)式 ~0x20 會(huì)生成一個(gè)只有位 5 沒有被設(shè)定的位掩碼：

a &= ~0x20;             // 清除a中的位5

位掩碼 ~0x20 比 0xFFFFFFDF 更受歡迎，因?yàn)樗目梢浦残愿茫航Y(jié)果不會(huì)受到機(jī)器字大小的影響（同時(shí)也更方便人閱讀）。

也可以使用運(yùn)算符 |（OR）和 ^（XOR）來設(shè)定或清除特定位，下面是一個(gè)示例：

int mask = OxC;
a |= mask;              // 設(shè)定a的位2和位3
a ^= mask;              // 求反a的位2和位3

第二個(gè)轉(zhuǎn)換使用相同的位掩碼，它會(huì)將第一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果再反轉(zhuǎn)一次。換句話說，b^mask^mask 會(huì)得到原來 b 的值。這個(gè)操作可以用于交換兩個(gè)整數(shù)的值，而不需要使用第三個(gè)臨時(shí)變量：

a ^= b;                  // 等效于 a = a ^ b;
b ^= a;                 // 將a原來的值賦值給b
a ^= b;                 // 將b原來的值賦值給a

本例中的前兩個(gè)表達(dá)式等同于 b=b^（a^b）或 b=（a^b）^b。其結(jié)果等同于 b=a，副作用是 a 的值也被修改了，其修改后的值為 a^b。在這時(shí)，第三個(gè)表達(dá)式具有如下副作用 a=（a^b）^a 或 a=b（使用 a 和 b 的原始值）。

移位運(yùn)算符

移位運(yùn)算符將左操作數(shù)的位模式移動(dòng)數(shù)個(gè)位置，至于移動(dòng)幾個(gè)位置，由右操作數(shù)指定。它們?nèi)绫?3 列舉。

運(yùn)算符	意義	示例	結(jié)果
<<	向左移位	x<<y	x 的每個(gè)位向左移動(dòng) y 個(gè)位
>>	向右移位	x>>y	x 的每個(gè)位向右移動(dòng) y 個(gè)位

表3 移位運(yùn)算符

移位運(yùn)算符的操作數(shù)必須是整數(shù)。在實(shí)際移位操作之前，兩個(gè)操作數(shù)都要進(jìn)行整數(shù)提升（promotion）。右邊操作數(shù)不可以為負(fù)值，并且必須少于左邊操作數(shù)在整數(shù)提升之后的位長。如果不符合這些條件，程序運(yùn)行結(jié)果將無法確定。

移位運(yùn)算結(jié)果的類型等于左操作數(shù)在整數(shù)提升后的類型。下面示例的移位表達(dá)式具有 unsigned long 類型。

unsigned long n = 0xB,     // 位模式： 0 ... 0 0 0 1 0 1 1
         result = 0;
result = n << 2;          //              0 ... 0 1 0 1 1 0 0
result = n >> 2;          //              0 ... 0 0 0 0 0 1 0

在向左移位運(yùn)算時(shí)，右邊多出來的位用 0 來填充。移動(dòng)超出左邊邊界的位則直接拋棄。向左移動(dòng) y 個(gè)位置，就等同于將左操作數(shù)乘以 2^{y}：如果左操作數(shù) x 是無符號類型，那么表達(dá)式 x<<y 的結(jié)果等于表達(dá)式 x×2^{y} 的值。因此，在前面的例子，n<<2 的值為 n×4，也就是 44。

在向右位移運(yùn)算時(shí)，如果左操作數(shù)是無符號類型，或者左操作數(shù)是帶符號類型但為非負(fù)值，則左邊多出來的位用 0 來填充。在這種情況下，表達(dá)式 x>>y 的結(jié)果等效于表達(dá)式 x/2^{y} 的值。如果左操作數(shù)是負(fù)值，那么由編譯器決定用于填充至左邊多出來的位的內(nèi)容，可能是 0，也可能是符號位。

// 函數(shù)setBit()
// 設(shè)定掩碼m中p位置的位。
// 使用定義在limits.h中的CHAR_BIT，存儲(chǔ)一個(gè)字節(jié)內(nèi)的位的數(shù)目。
// 返回值： 完成位設(shè)定的新掩碼，其中p位置已設(shè)定好
//              如果p不是有效的位置，則返回原始掩碼。
unsigned int setBit( unsigned int mask, unsigned int p )
{
  if ( p >= CHAR_BIT * sizeof(int) )
    return mask;
  else
    return mask | (1<<p);
}

移位運(yùn)算符的優(yōu)先級比算術(shù)運(yùn)算符的優(yōu)先級更低，但相對于比較運(yùn)算符以及其他的位操作運(yùn)算符，具有更高的優(yōu)先級。上例表達(dá)式 mask|（1<<p）中的括號必要性不大，主要是讓程序代碼更容易閱讀。

到此這篇關(guān)于C語言位運(yùn)算符的具體使用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C語言位運(yùn)算符內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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