C語言 位運算詳解及示例代碼
所謂位運算，就是對一個比特（Bit）位進行操作。在《二進制思想以及數(shù)據(jù)的存儲》一節(jié)中講到，比特（Bit）是一個電子元器件，8個比特構(gòu)成一個字節(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算符：
| 運算符 | & | | | ^ | ~ | << | >> |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 說明 | 按位與 | 按位或 | 按位異或 | 取反 | 左移 | 右移 |
按位與運算（&）
一個比特（Bit）位只有 0 和 1 兩個取值，只有參與&運算的兩個位都為 1 時，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，這和邏輯運算符&&非常類似。
C語言中不能直接使用二進制，&兩邊的操作數(shù)可以是十進制、八進制、十六進制，它們在內(nèi)存中最終都是以二進制形式存儲，&就是對這些內(nèi)存中的二進制位進行運算。其他的位運算符也是相同的道理。
例如，9 & 5可以轉(zhuǎn)換成如下的運算：
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 （9 在內(nèi)存中的存儲）
& 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在內(nèi)存中的存儲）
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0001 （1 在內(nèi)存中的存儲）
也就是說，按位與運算會對參與運算的兩個數(shù)的所有二進制位進行&運算，9 & 5的結(jié)果為 1。
又如，-9 & 5可以轉(zhuǎn)換成如下的運算：
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在內(nèi)存中的存儲）
& 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在內(nèi)存中的存儲）
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在內(nèi)存中的存儲）
-9 & 5的結(jié)果是 5。
關(guān)于正數(shù)和負數(shù)在內(nèi)存中的存儲形式，我們已在VIP教程《整數(shù)在內(nèi)存中是如何存儲的》中進行了講解。
再強調(diào)一遍，&是根據(jù)內(nèi)存中的二進制位進行運算的，而不是數(shù)據(jù)的二進制形式；其他位運算符也一樣。以-9&5為例，-9 的在內(nèi)存中的存儲和 -9 的二進制形式截然不同：
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在內(nèi)存中的存儲）
-0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 （-9 的二進制形式，前面多余的 0 可以抹掉）
按位與運算通常用來對某些位清 0，或者保留某些位。例如要把 n 的高 16 位清 0 ，保留低 16 位，可以進行n & 0XFFFF運算（0XFFFF 在內(nèi)存中的存儲形式為 0000 0000 -- 0000 0000 -- 1111 1111 -- 1111 1111）。
【實例】對上面的分析進行檢驗。
#include <stdio.h>
int main(){
int n = 0X8FA6002D;
printf("%d, %d, %X\n", 9 & 5, -9 & 5, n & 0XFFFF);
return 0;
}
運行結(jié)果：
1, 5, 2D
按位或運算（|）
參與|運算的兩個二進制位有一個為 1 時，結(jié)果就為 1，兩個都為 0 時結(jié)果才為 0。例如1|1為1，0|0為0，1|0為1，這和邏輯運算中的||非常類似。
例如，9 | 5可以轉(zhuǎn)換成如下的運算：
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 （9 在內(nèi)存中的存儲）
| 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在內(nèi)存中的存儲）
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1101 （13 在內(nèi)存中的存儲）
9 | 5的結(jié)果為 13。
又如，-9 | 5可以轉(zhuǎn)換成如下的運算：
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在內(nèi)存中的存儲）
| 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在內(nèi)存中的存儲）
-----------------------------------------------------------------------------------
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在內(nèi)存中的存儲）
-9 | 5的結(jié)果是 -9。
按位或運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，可以進行n | 0XFFFF0000運算（0XFFFF0000 在內(nèi)存中的存儲形式為 1111 1111 -- 1111 1111 -- 0000 0000 -- 0000 0000）。
【實例】對上面的分析進行校驗。
#include <stdio.h>
int main(){
int n = 0X2D;
printf("%d, %d, %X\n", 9 | 5, -9 | 5, n | 0XFFFF0000);
return 0;
}
運行結(jié)果：
13, -9, FFFF002D
按位異或運算（^）
參與^運算兩個二進制位不同時，結(jié)果為 1，相同時結(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)換成如下的運算：
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 （9 在內(nèi)存中的存儲）
^ 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在內(nèi)存中的存儲）
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1100 （12 在內(nèi)存中的存儲）
9 | 5的結(jié)果為 12。
又如，-9 | 5可以轉(zhuǎn)換成如下的運算：
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在內(nèi)存中的存儲）
^ 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在內(nèi)存中的存儲）
-----------------------------------------------------------------------------------
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0010 （-1 在內(nèi)存中的存儲）
-9 | 5的結(jié)果是 -14。
按位異或運算可以用來將某些二進制位反轉(zhuǎn)。例如要把 n 的高 16 位反轉(zhuǎn)，保留低 16 位，可以進行n ^ 0XFFFF0000運算（0XFFFF0000 在內(nèi)存中的存儲形式為 1111 1111 -- 1111 1111 -- 0000 0000 -- 0000 0000）。
【實例】對上面的分析進行校驗。
#include <stdio.h>
int main(){
unsigned n = 0X0A07002D;
printf("%d, %d, %X\n", 9 ^ 5, -9 ^ 5, n ^ 0XFFFF0000);
return 0;
}
運行結(jié)果：
12, -14, F5F8002D
取反運算（~）
取反運算符~為單目運算符，右結(jié)合性，作用是對參與運算的二進制位取反。例如~1為0，~0為1，這和邏輯運算中的!非常類似。。
例如，~9可以轉(zhuǎn)換為如下的運算：
~ 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 （9 在內(nèi)存中的存儲）
-----------------------------------------------------------------------------------
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0110 （-10 在內(nèi)存中的存儲）
所以~9的結(jié)果為 -10。
例如，~-9可以轉(zhuǎn)換為如下的運算：
~ 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在內(nèi)存中的存儲）
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1000 （9 在內(nèi)存中的存儲）
所以~-9的結(jié)果為 8。
【實例】對上面的分析進行校驗。
#include <stdio.h>
int main(){
printf("%d, %d\n", ~9, ~-9 );
return 0;
}
運行結(jié)果：
-10, 8
左移運算（<<）
左移運算符<<用來把操作數(shù)的各個二進制位全部左移若干位，高位丟棄，低位補0。
例如，9<<3可以轉(zhuǎn)換為如下的運算：
<< 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 （9 在內(nèi)存中的存儲）
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0100 1000 （72 在內(nèi)存中的存儲）
所以9<<3的結(jié)果為 72。
又如，(-9)<<3可以轉(zhuǎn)換為如下的運算：
<< 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在內(nèi)存中的存儲）
-----------------------------------------------------------------------------------
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1011 1000 （-72 在內(nèi)存中的存儲）
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 位相當于乘以 2 的 n 次方。
【實例】對上面的結(jié)果進行校驗。
#include <stdio.h>
int main(){
printf("%d, %d\n", 9<<3, (-9)<<3 );
return 0;
}
運行結(jié)果：
72, -72
右移運算（>>）
右移運算符>>用來把操作數(shù)的各個二進制位全部右移若干位，低位丟棄，高位補 0 或 1。如果數(shù)據(jù)的最高位是 0，那么就補 0；如果最高位是 1，那么就補 1。
例如，9>>3可以轉(zhuǎn)換為如下的運算：
>> 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 （9 在內(nèi)存中的存儲）
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0001 （1 在內(nèi)存中的存儲）
所以9>>3的結(jié)果為 1。
又如，(-9)>>3可以轉(zhuǎn)換為如下的運算：
>> 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在內(nèi)存中的存儲）
-----------------------------------------------------------------------------------
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1110 （-2 在內(nèi)存中的存儲）
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 位相當于除以 2 的 n 次方（但被移除的位中經(jīng)常會包含 1）。
【實例】對上面的結(jié)果進行校驗。
#include <stdio.h>
int main(){
printf("%d, %d\n", 9>>3, (-9)>>3 );
return 0;
}
運行結(jié)果：
1, -2
以上就是對 C語言位運算的知識整理，后續(xù)繼續(xù)補充相關(guān)資料，謝謝大家對本站的支持！
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