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位運算是指按二進制進行的運算。在系統軟件中,常常需要處理二進制位的問題。
C語言提供了6個位操作運算符。
這些運算符只能用於整型操作數,即只能用於帶符號或無符號的char,short,int與long類型。
C語言提供的位運算符列表:
運算符 含義 描述
& 按位與 如果兩個相應的二進制位都為1,則該位的結果值為1,否則為0(一假則假)
| 按位或 兩個相應的二進制位中只要有一個為1,該位的結果值為1(一真則真)
^ 按位異或 若參加運算的兩個二進制位值相同則為0,否則為1(相異為真)
~ 取反 ~是一元運算符,用來對一個二進制數按位取反,即將0變1,將1變0
<< 左移 用來將一個數的各二進制位全部左移N位,右補0
>> 右移 將一個數的各二進制位右移N位,移到右端的低位被捨棄,對於無符號數,高位補0
1、“按位與”運算符(&)
參加運算的兩個數據,按二進制位進行“與”運算。如果兩個相應的二進制位都為1,則該位的結果值為1;否則為0。這裡的1可以理解為邏輯中的true,0可以理解為邏輯中的false。按位與其實與邏輯上“與”的運算規則一致。邏輯上的“與”,要求運算數全真,結果才為真。
例如:3&5
3的二進制編碼是11(2)。(為了區分十進制和其他進制,本文規定,凡是非十進制的數據均在數據後面加上括號,括號中注明其進制,二進制則標記為2)
內存儲存數據的基本單位是字節(Byte),一個字節由8個位(bit)所組成。位是用以描述電腦數據量的最小單位。二進制系統中,每個0或1就是一個位。將11(2)補足成一個字節,則是00000011(2)。
5的二進制編碼是101(2),將其補足成一個字節,則是00000101(2)
按位與運算:
00000011(2)
&00000101(2)
00000001(2)
由此可知3&5=1
#include <stdio.h> main() { int a=3; int b = 5; printf("%d",a&b); }
按位與的用途:
(1)清零
若想對一個存儲單元清零,即使其全部二進制位為0,只要找一個二進制數,其中各個位符合以下條件:
原來的數中為1的位,新數中相應位為0。然後使二者進行&運算,即可達到清零目的。
例:原數為43,即00101011(2),另找一個數,設它為148,即10010100(2),將兩者按位與運算:
00101011(2)
&10010100(2)
00000000(2)
#include <stdio.h> main() { int a=43; int b = 148; printf("%d",a&b); }
(2)取一個數中某些指定位
若有一個整數a(2byte),想要取其中的低字節,只需要將a與8個1按位與即可。
a 00101100 10101100
b 00000000 11111111
c 00000000 10101100
(3)保留指定位:
與一個數進行“按位與”運算,此數在該位取1.
例如:有一數84,即01010100(2),想把其中從左邊算起的第3,4,5,7,8位保留下來,運算如下:
01010100(2)
&00111011(2)
00010000(2)
即:a=84,b=59
c=a&b=16
#include <stdio.h> main() { int a=84; int b = 59; printf("%d",a&b); }
2、“按位或”運算符(|)
兩個相應的二進制位中只要有一個為1,該位的結果值為1。借用邏輯學中或運算的話來說就是,一真為真。
應用:按位或運算常用來對一個數據的某些位定值為1。
例如:如果想使一個數a的低4位改為1,則只需要
將a與17(8)進行按位或運算即可。
3、“異或”運算符(^)
若參加運算的兩個二進制位值相同則為0,否則為1
即0∧0=0,0∧1=1,1∧0=1, 1∧1=0
應用:
(1)使特定位翻轉
設有數01111010(2),想使其低4位翻轉,即1變0,0變1.可以將其與00001111(2)進行“異或”運算,
即:
01111010
^00001111
01110101
運算結果的低4位正好是原數低4位的翻轉。可見,要使哪幾位翻轉就將與其進行∧運算的該幾位置為1即可。
(2)與0相“異或”,保留原值
例如:012^00=012
00001010
^00000000
00001010
因為原數中的1與0進行異或運算得1,0^0得0,故保留原數。
(3) 交換兩個值,不用臨時變量
例如:a=3,即11(2);b=4,即100(2)。
想將a和b的值互換,可以用以下賦值語句實現:
a=a∧b;
b=b∧a;
a=a∧b;
a=011(2)(∧)b=100(2)
a=111(2)(a∧b的結果,a已變成7)(∧)b=100(2)
b=011(2)(b∧a的結果,b已變成3)(∧)a=111(2)
a=100(2)(a∧b的結果,a已變成4)
等效於以下兩步:
① 執行前兩個賦值語句:“a=a∧b;”和“b=b∧a;”相當於b=b∧(a∧b)。
② 再執行第三個賦值語句: a=a∧b。由於a的值等於(a∧b),b的值等於(b∧a∧b),
因此,相當於a=a∧b∧b∧a∧b,即a的值等於a∧a∧b∧b∧b,等於b。不推薦這樣寫,也不推薦在項目中使用!
C 語言的一條語句中,最好是,一個變量的值只允許改變一次,像x = x++ 這種代碼都是未定義行為。在C語言裡沒有哪條規則保證以上寫法是永遠正確的。
另外,用異或交換變量既不會加快運行速度(反而更慢,六讀三寫加三次異或),也不會節省空間(中間變量tmp 通常會用寄存器,而不是內存空間存儲)。
這個技巧的意義完全在於應付變態的面試,知道就行了,絕對不要放在產品代碼中。如果a和b的值相同,異或交換就會使a和b的值都為0,在程序中會是極大的隱患,所以說這只是“面試技巧”。
4、“取反”運算符(~)
一元運算符,用於求整數的二進制反碼,即分別將操作數各二進制位上的1變為0,0變為1。
5、左移運算符(<<)
左移運算符是用來將一個數的各二進制位左移若干位,移動的位數由右操作數指定(右操作數必須是非負值),其右邊空出的位用0填補,高位左移溢出則捨棄該高位。
左移1位相當於該數乘以2,左移2位相當於該數乘以2*2=4,15<<2=60,即乘了4。但此結論只適用於該數左移時被溢出捨棄的高位中不包含1的情況。
假設以一個字節(8位)存一個整數,若a為無符號整型變量,則a=64時,左移一位時溢出的是0,而左移2位時,溢出的高位中包含1。
6、右移運算符(>>)
右移運算符是用來將一個數的各二進制位右移若干位,移動的位數由右操作數指定(右操作數必須是非負值),移到右端的低位被捨棄,對於無符號數,高位補0。對於有符號數,某些機器將對左邊空出的部分用符號位填補(即“算術移位”),而另一些機器則對左邊空出的部分用0填補(即“邏輯移位”)。
注意:
對無符號數,右移時左邊高位移入0;
對於有符號的值,如果原來符號位為0(該數為正),則左邊也是移入0。如果符號位原來為1(即負數),則左邊移入0還是1,要取決於所用的計算機系統。有的系統移入0,有的
系統移入1。移入0的稱為“邏輯移位”,即簡單移位;移入1的稱為“算術移位”。
右移運算相當於除以2
7、位運算賦值運算符
位運算符與賦值運算符可以組成復合賦值運算符。
例如: &=, |=, >>=, <<=, ∧=
例: a & = b相當於 a = a & b
a << =2相當於a = a << 2