1、第十一 位運算,C語言既具有高級語言的特點,也具有低級語言的特點。本節(jié)所講的位運算就具有低級語言的特點，并被廣泛用于對底層硬件、外圍設(shè)備的狀態(tài)檢測和控制。 計算機真正執(zhí)行的是由0和1信號組成的計算機指令，數(shù)據(jù)也是以二進制形式表示的。因此最終要實現(xiàn)計算機的操作，就要對這些0和1進行操作。每一個0和1的狀態(tài)稱為一個“位”（bit）的狀態(tài)。有了位運算，C語言就能編寫出直接對計算機硬件進行操作的程序。,本章主要內(nèi)容,11.1 位運算及位運算符概述 11.2 位運算 11.3 位域 11.4 位運算應(yīng)用舉例,11.1位運算及位運算符概述,11.1.1 位運算概述 所謂位運算是指對操作數(shù)以二進制位（bit

2、）為單位進行的數(shù)據(jù)處理。每一個二進制位只能存放1位二進制數(shù)“0”或“1”，因此位運算符的運算對象是一個二進制數(shù)位的集合。 通常把組成一個數(shù)據(jù)的最右邊的二進制位稱作第0位，從右向左依次稱為第1位，第2位，最左邊一位稱作最高位。,1112位運算符位的種類,C語言中，位運算包括邏輯位運算和移位位運算。 1、邏輯位運算分為四種：位反、位與、位或、位異 2、移位位運算分為二種：左移與右移。 在c語言中的移位不是循環(huán)移動，經(jīng)過移位后一端的位被“擠掉”，而另一端空出的位補0。,3、位復(fù)合賦值運算符 類似于算術(shù)的復(fù)合運算符，位運算符和賦值運算符也可以構(gòu)成復(fù)合賦值運算符。,4、關(guān)于位運算符的幾點說明 （1）在邏

3、輯位運算中，的優(yōu)先級高于算術(shù)運算符、關(guān)系運算符、邏輯運算符， 其他位運算符則低于關(guān)系運算符、高于邏輯運算符。 （2）參加位運算的操作數(shù)必須是整型或字符型數(shù)據(jù)(常量或變量),不能是其它類型的數(shù)據(jù)。 （3）兩個長度不同的數(shù)據(jù)進行位運算時，系統(tǒng)先將兩者的右端對齊，短的運算對象若是有符號數(shù)則按符號位擴展，若是無符號數(shù)則以“0”擴充。 （4）位運算符的優(yōu)先級如下：按位取反運算符“”的優(yōu)先級最高，高于所有的雙目運算符；其次是左移運算符“”,其優(yōu)先級高于關(guān)系運算符；最低的是按位與“ int mask,i,count=0; printf(請輸入一個字符：); ch=getchar(); printf(該字符的

4、ASCII是%dn,ch); mask=0 x80; for(i=0;i=1; printf(ASCII中1的個數(shù)有： %dn,count); getch(); ,11.2 1 按位取反運算,按位取反運算是用來對二進制按位進行取反運算，是單目運算符。按位取反運算符用“”表示。按位取反運算符是位運算中惟一的單目運算符，運算對象應(yīng)置于運算符的右邊。 1、按位取反運算的運算規(guī)則 按位取反運算的運算規(guī)則：把運算對象的內(nèi)容按位取反，將每一位上的0變1，1變0。 即0=1，1=0。 例如：對十六進制數(shù)32進行取反。 0 0 1 1 0 0 1 0=1 1 0 0 1 1 0 1 結(jié)果為1 1 0 0 1

5、1 0 1。 又如： a=0000 0000 0000 1011，則表達式a的值為1111 1111 1111 0100。 unsigned char a,b; /*定義兩個無符號字符型變量a，b* b=a /*對變量a全部位取反，結(jié)果賦值給b*/ printf(a =%dn,b); /*輸出十進制b值*/,2、按位取反運算的主要應(yīng)用 按位取反運算的主要應(yīng)用：用來適應(yīng)不同字長型號的機型，幫助得到使原數(shù)最低位為0。例如：想使a中最低位為0，可讓a=a c=a 運行結(jié)果： a=264,b=255,c=13 （2）測試指定位的值：要判斷某一指定位的值是否為1或0，只需將這一位與1進行“按位與”操作，

6、然后判斷結(jié)果是否為1或0即可。,例：設(shè)x是一個字符型變量（8位二進制位），判斷x的最低位是否為1。 方法是：把x和0 x01進行“按位與”運算，如果結(jié)果為1則x的最低位是1。 x =* * * * * * * * 運行結(jié)果： x=268,y=1,z=0 應(yīng)當(dāng)注意：“按位與”運算 z=x|y; printf(x=%d,y=%d,z=%dn,x,y,z); ,11.2.4 按位異或運算,按位異或運算符是指參與運算的兩個數(shù)對應(yīng)的二進制位進行邏輯按位異或的操作，用“”表示。 1、按位異或運算符的運算規(guī)則 按位異或運算符的運算規(guī)則：若兩個運算對象的對應(yīng)二進制位不同，則結(jié)果的對應(yīng)數(shù)位為1，否則為0。按位異

7、或運算可能的運算組合及其運算結(jié)果如下所示： 00=0 10=1 01=1 11=0 例如，x=0000 0000 0000 1011，y=0000 0000 0000 1010，則表達式xy的計算結(jié)果如下：,又如： c=106 10: 0000,0000,0000,1010 printf(請輸入一個十六進制數(shù)a：n); scanf(%x, ,11.2.5 左移運算,左移運算符是把“”符號左邊的運算數(shù)的各二進制位全部左移若干位，移動的若干位由“”符號右邊的數(shù)指定，高位丟棄，低位補0，用“”表示。 1、左移運算符的運算規(guī)則 左移運算符的運算規(guī)則：將運算對象中的每個二進制數(shù)位向左移動若干位，從左邊移

8、出去的高位部分被丟棄，右邊空出的低位部分用“0”補齊。 例如：x=0000 0000 0000 1011，則x2的結(jié)果為0000 0000 0010 1100。 又例如：左移運算舉例： char a=30； a=a2； 結(jié)果如下： （30）=（0001，1110）（二進制） 左移后為（120）=（0111，1000）（二進制）,注意： 若移出的高位部分不包含數(shù)位1，則每左移1位，相當(dāng)于乖2，左移n 位相當(dāng)于乖2的n次方。 若對c=44(00101100)進行下面的操作： c=c1；c的值變?yōu)?8（01011000） c=c1；c的值變?yōu)?76（10110000）,11.2.6 右移運算,右移運

9、算符把運算符左邊的運算數(shù)的各二進制位全部右移若干位，用“”表示，移動的若干位由“”符號右邊的數(shù)指定。 右移運算符的運算規(guī)則：將運算對象中的每個二進制數(shù)位向右移動若干位，從右邊移出去的低位部分被丟棄，左邊空出的高位部分的處理分兩種情況。對無符號數(shù)和正數(shù)來講，左邊空出的高位部分補“0”；對負數(shù)來講，左邊空出的高位部分補“0”還是補“1”，與所使用的編譯程序有關(guān)，有的編譯程序補“0”，稱為邏輯右移，有的編譯程序補“1”，稱為算術(shù)右移。 例如： char a=0 x78； a=a2； 結(jié)果如下： 16進制78=120=（0111，1000）（二進制） 右移后為：（30）=（0001，1110）（二進制

10、）,應(yīng)當(dāng)注意： （1）若移出的位全為0，則每右移1位，相當(dāng)于除2，右移n 位相當(dāng)于除2的n次方。 （2）當(dāng)進行右移運算時，操作結(jié)果與操作數(shù)是否帶符號有關(guān)。 v無符號操作數(shù)右移時，左端出現(xiàn)的空位補0，右端移出的數(shù)據(jù)舍去。 v帶符號操作數(shù)右移時，左端出現(xiàn)的空位補符號位。若符號位為0則左邊也是移入0，若符號位為1則左端也是移入1，移出的數(shù)據(jù)舍去。 例如：帶符號數(shù)a=16和無符號數(shù)b=240，進行下列操作： a=a1；a的值變?yōu)?（11111000） b=b1；b的值變?yōu)?20（01111000） a=a1；a的值變?yōu)?（11111100） b=b1；b的值變?yōu)?0（00111100）,11.3 位域

11、,在程序設(shè)計中，有時存儲一個信息不必用一個或多個字節(jié)，可以在一個字節(jié)中存放一個或多個信息。例如，“真”或“假”用1或0表示，只需一位即可，如果用一個變量來存儲，則將浪費存儲空間。為了解決該問題，C語言提供了位段操作。 在前面介紹的位與運算、位或運算、位異或運算、反運算、左移運算、右移運算等幾種的綜合運算，可以實現(xiàn)對某一位或某幾位的存取，但較麻煩。c語言中允許在結(jié)構(gòu)體中以位為單位來指定其成員所占的內(nèi)存長度，這種以位為單位的成員就稱為位段或位域（bit field）。 所謂位段是由一個或多個二進制數(shù)位組成的，它是數(shù)據(jù)的一種壓縮形式。位段是一種特殊的壓縮形式結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)中的成員，它的特殊性在于它是以位

12、為單位定義長度的。,11.3.1 位域或位段(bit field)的定義形式,c語言中允許在結(jié)構(gòu)體中以位為單位來指定其成員所占的內(nèi)存長度，這種以位為單位的成員就稱為位段或位域（bit field）。 所謂位段是由一個或多個二進制數(shù)位組成的，它是數(shù)據(jù)的一種壓縮形式。位段是一種特殊的壓縮形式結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)中的成員，它的特殊性在于它是以位為單位定義長度的。,11.3.1 位域或位段(bit field)的定義形式,位域或位段（bit field）的定義形式如下： struct 位域結(jié)構(gòu)體名 位域列表 其中，位域列表的形式為： 類型說明符 位域名：位域長度； 其中，位域名的類型必須指定為unsigned

13、int 型或int型，一般為unsigned型。位域長度以二進制位為單位。例如： struct bs unsigned int a:1; unsigned int b:3; unsigned int c:4; bit,*pbit; 定義了結(jié)構(gòu)體bs，該結(jié)構(gòu)體變量共有3個成員，其中a，b，c成員是位段，分別占1位、3位、4位，共占1個字節(jié)。,又如： struct wd unsigned a:2; unsigned b:3; unsigned c:6; unsigned d:4; int k; dat; 定義了結(jié)構(gòu)體wd，該結(jié)構(gòu)體變量共有5個成員，其中a、b、c、d成員是位段，分別占2位、3位、6

14、位、4位，k是的一般成員，k占2個字節(jié)。,11.3.2 位域的引用,位域的引用方法與引用結(jié)構(gòu)體變量中的成員相同，即： 位域結(jié)構(gòu)體名.位域名 在C語言中，可以通過賦值語句給位域賦值。例如： struct bs unsined a:6； int b:2； int c:8； data; 這里定義一個位域結(jié)構(gòu)bs，同時定義了data為bs變量，共占兩個字節(jié)。其中位域a占6位，b占2位，c占8位。 位域中數(shù)據(jù)的引用為： data.a=7； data.b=1； data.c=9；,注意：,1、賦值時不能超過位域允許的最大值范圍，如data.b 只占2個位，最大值為3，此時若把8（二進制為1000）賦給它，

15、就會自動取賦予該數(shù)的低位，也是就00，最終data.b的值為0。 2、位域還可以用整型格式符輸出。例如： printf(“%d,%d,%dn”,data.a,data.b,data.c); 也可以用%u、%o、%x等格式符輸出。,11.4 位運算應(yīng)用舉例,例：從鍵盤上輸入一個正整數(shù)n，判斷此數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù)。 分析：奇數(shù)的二進制表示中右邊的第1位為1，偶數(shù)的二進制表示中右邊的第1位為0。因此該題就轉(zhuǎn)換為取該數(shù)右邊的第1位，并判斷其值是否為0。 程序清單如下： main( ) int n; printf(請輸入一個大于0的數(shù) n:); scanf(%d, ,例：將十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)。,分析

16、：人們有時希望知道某個十六進制數(shù)的二進制數(shù)是什么，但C語言的printf()函數(shù)只提供%x，%d，%o方式輸出一個整數(shù)（即十六進制，十進制，八進制）而不能直接輸出一個整數(shù)的二進制形式，需要人工轉(zhuǎn)換，很不方便。在這里可以用位運算來實現(xiàn)此功能。 采用的方法是：對一個整數(shù)num（16位）的每一位進行測試，視其為0還是為1，可以設(shè)置一個屏蔽字與該數(shù)進行 該bit的值（非1即0）就是num第15位之值。下面處理第14位，此時mask應(yīng)改為0 x4000，也就是使mask右移一位。,main() int j,num,bit; unsigned int mask; mask=0 x8000; printf(n請輸入一個數(shù)十六進制的數(shù):); scanf(%x, ,本章小結(jié),C語言是為了描述系統(tǒng)而設(shè)計的，它既具有高級語言