C語言位操作

在電腦程式中，資料的位是可以操作的最小資料單位，理論上可以用「位運算」來完成所有的運算和操作。一般的位操作是用來控制硬體的，或者做資料變換使用，但是，靈活的位操作可以有效地提高程式執行的效率。c語言提供了位運算的功能，這使得c語言也能像組合語言一樣用來編寫系統程式。

位運算子c語言提供了六種位運算子：

& 按位與

| 按位或

^ 按位異或

~ 取反

<< 左移

>> 右移

1. 按位與運算按位與運算子"&"是雙目運算子。其功能是參與運算的兩數各對應的二進位相與。只有對應的兩個二進位均為1時，結果位才為1 ，否則為0。參與運算的數以補碼方式出現。

例如：9&5可寫算式如下： 00001001 (9的二進位制補碼)&00000101 (5的二進位制補碼)　00000001 (1的二進位制補碼)可見9&5=1。

按位與運算通常用來對某些位清0或保留某些位。例如把a 的高八位清 0 ，保留低八位，可作 a&255 運算 ( 255 的二進位制數為0000000011111111)。

應用：a. 清零特定位 (mask中特定位置0，其它位為1，s=s&mask)

b. 取某數中指定位 (mask中特定位置1，其它位為0，s=s&mask)

2. 按位或運算按位或運算子「|」是雙目運算子。其功能是參與運算的兩數各對應的二進位相或。只要對應的二個二進位有乙個為1時，結果位就為1。參與運算的兩個數均以補碼出現。

例如：9|5可寫算式如下：

00001001|00000101

00001101 (十進位制為13)可見9|5=13

應用：常用來將源運算元某些位置1，其它位不變。 (mask中特定位置1，其它位為0 s=s|mask)

3. 按位異或運算按位異或運算子「^」是雙目運算子。其功能是參與運算的兩數各對應的二進位相異或，當兩對應的二進位相異時，結果為1。參與運算數仍以補碼出現，例如 9^5可寫成算式如下：

00001001^00000101 00001100 (十進位制為12)

應用：a. 使特定位的值取反 (mask中特定位置1，其它位為0 s=s^mask)

b. 不引入第三變數，交換兩個變數的值 (設 a=a1,b=b1)

目標操作操作後狀態

a=a1^b1 a=a^b a=a1^b1,b=b1

b=a1^b1^b1 b=a^b a=a1^b1,b=a1

a=b1^a1^a1 a=a^b a=b1,b=a1

4. 求反運算求反運算子～為單目運算子，具有右結合性。其功能是對參與運算的數的各二進位按位求反。例如～9的運算為： ~(0000000000001001)結果為：1111111111110110

5. 左移運算左移運算子「<<」是雙目運算子。其功能把「<< 」左邊的運算數的各二進位全部左移若干位，由「<<」右邊的數指定移動的位數，高位丟棄，低位補0。其值相當於乘2。例如： a<<4 指把a的各二進位向左移動4位。如a=00000011(十進位制3)，左移4位後為00110000(十進位制48)。

6. 右移運算右移運算子「>>」是雙目運算子。其功能是把「>> 」左邊的運算數的各二進位全部右移若干位，「>>」右邊的數指定移動的位數。其值相當於除2。

例如：設 a=15，a>>2　表示把000001111右移為00000011(十進位制3)。對於左邊移出的空位，如果是正數則空位補0，若為負數，可能補0或補1，這取決於所用的計算機系統。移入0的叫邏輯右移，移入1的叫算術右移，turbo c採用邏輯右移。

main()

再看一例:

main()

浮點數的儲存格式：

浮點數的儲存格式是符號+階碼(定點整數)+尾數(定點小數)

seeeeeeeemmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm

即1位符號位(0為正，1為負），8位指數字，23位尾數字

浮點數儲存前先轉化成2的k次方形式，即：

f = a1*2^k + a2*2^(k-1) + ... + ak +... +an*2^(-m) (ai = , a1 = 1)

如5.5=2^2 + 2^0 + 2^(-1)

其中的k就是指數，加127後組成8位指數字

5.5的指數字就是2+127 = 129 = 10000001

a2a3.....an就是尾數字，不足23位後補0

所以5.5 = 01000000101000000000000000000000 = 40a00000

所以，對浮點數*2、/2只要對8位符號位+、- 即可，但不是左移、右移

關於unsigned int 和 int 的在位運算上的不同，下面有個cu上的例子描述的很清楚：

[問題]：這個函式有什麼問題嗎？

//**

* 本函式將兩個16位元位的值鏈結成為乙個32位元位的值。

* 引數：shighbits 高16位

* slowbits 低16位

* 返回：32位值

**/long catenatebits16(short shighbits, short slowbits)

/[問題的發現]：

我們先看如下測試**：

/int main()

/執行結果為：

[shighbits1 + slowbits1]

lresult = 7fff7bcd

lresult = 8f127bcd

lresult = ff127bcd

嗯，執行很正確嘛……於是我們就放心的在自己的程式中使用起這個函式來了。

可是忽然有一天，我們的乙個程式無論如何結果都不對！經過n個小時的檢查和除錯，最後終於追蹤到……catenatebits16() ！？它的返回值居然是錯的！！

「鬱悶！」你說，「這個函式怎麼會有問題呢！？」

可是，更鬱悶的還在後頭呢，因為你把程式中的輸入量作為引數，在乙個簡單的main()裡面單步除錯：

/int main()

/發現結果竟然是：

[shighbits1 + slowbits1]

lresult = 7fff7bcd

lresult = 8f127bcd

[shighbits1 + slowbits2]

lresult = ffff8bcd //oops!

前一次還好好的，後一次就ffff了？x檔案？

[x檔案的真相]：

注意那兩個我們用來當作低16位值的slowbits1和slowbits2。

已知：使用 slowbits1 = 0x7bcd 時，函式返回正確的值；

使用 slowbits2 = 0x8bcd 時，函式中發生x檔案。

那麼，slowbits1與slowbits2有什麼區別？

注意了，slowbits1和slowbits2都是short型（而不是unsigned short），所以在這裡，slowbits1代表乙個正數值，而slowbits2卻代表了乙個負數值（因為8即是二進位制1000，slowbits2 最高位是1）。

再看catenatebits16()函式：

/long catenatebits16(short shighbits, short slowbits)

/如果我們在函式中用

printf("slowbits = %04x ", slowbits);

列印傳入的slowbits值，會發現

slowbits = 0x7bcd 時，列印結果為

slowbits = 7bcd

而slowbits = 0x8bcd時，列印結果為

slowbits = ffff8bcd

是的，即使用%04x也列印出8位十六進製制。

因此，我們看出來了：

當slowbits = 0x8bcd時，函式中 "lresult |= (long)slowbits;" 這一句執行，會先將slowbits轉換為

0xffff8bcd

再與lresult做或運算。由於現在lresult的值為 0***xx0000 （其中***x是任何值），所以顯然，無論shighbits是什麼值，最後結果都會是

0xffff8bcd

而當slowbits = 0x7bcd時，函式中 "lresult |= (long)slowbits;" 這一句執行，會先將slowbits轉換為

0x00007bcd

再與lresult做或運算。這樣做或運算出來的結果當然就是對的。

也就是說，catenatebits16()在slowbits的最高位為0的時候表現正常，而在最高位為1的時候出現偏差。

[教訓：在某些情況下作位運算和位處理的時候，考慮使用無符號數值——因為這個時候往往不需要處理符號。即使你需要的有符號的數值，那麼也應該考慮自行在呼叫catenatebits16()前後做轉換——畢竟在位處理中，有符號數值相當詭異！]

下面這個catenatebits16()版本應該會好一些：

/unsigned long catenatebits16(unsigned short shighbits, unsigned short slowbits)

/注意其中的 "lresult |= (long)slowbits & 0x0000ffff;"。事實上，現在即使我們把catenatebits16()函式的引數（特別是slowbits）宣告為short，結果也會是對的。

C語言位操作

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