補碼與位運算

2021-07-31 20:51:54 字數 1656 閱讀 9083

參與位運算的數字都是二進位制補碼的方式進行按位與、或、異或,所以先說說二進位制:原碼、反碼、補碼。

在c語言中,原碼、反碼、補碼都是有符號定點數的表示方法。乙個有符號定點數的最高位為符號位,0是正,1是負,下面統一以8位的整數為例介紹這幾種碼:

原碼:

如果機器字長為n,那麼乙個數的原碼就是用乙個n位的二進位制數,其中最高位為符號位:正數為0,負數為1。剩下的n-1位表示概數的絕對值。

例如: x=+101011 , [x]原= 00101011 x=-101011 , [x]原= 10101011

位數不夠的用0補全。

ps:正數的原、反、補碼都一樣:0的原碼跟反碼都有兩個,因為這裡0被分為+0和-0

反碼:

正數的反碼與其原碼相同;負數的反碼是對其原碼逐位取反,但符號位除外。

例如:x=-101011 , [x]原= 10101011 ,[x]反=11010100

補碼:

正數的補碼與其原碼相同;負數的補碼是在其反碼的末位加1

例如:x=-101011 , [x]原= 10101011 ,[x]反=11010100,[x]補=11010101

ps:0的補碼是唯一的,如果機器字長為8那麼[0]補=00000000。

乙個數和它的補碼是可逆的。

移碼:

不管正負數,將其補碼的符號位取反即可。

例如:x=-101011 , [x]原= 10101011 ,[x]反=11010100,[x]補=11010101,[x]移=01010101

所以我們可見,這幾種碼的關係是:原碼->反碼->補碼->移碼

下面簡單介紹下幾種位運算,都大同小異,注意他們的應用才是重點:

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。

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)。

用法:

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)

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

應用:常用來將源運算元某些位置1,其它位不變。

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

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)

關於異或的用法與在演算法上的應用,參考我的另一篇部落格:異或運算的應用與nimm博弈

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