第8章位运算 教学目的与要求： 1．熟练掌握六种位运算符及其使用方法 2．了解位段的使用方法

基本内容 一、位运算符 二、位段 三、本章小结 前面介绍的各种运算都是以字节作为最基本单位进行的。 但在很多系统程序中常要求在位(bit)一级进行运算或处理。Ｃ语言提供了位运算的功能，这使得Ｃ语言也能像汇编语言一样用来编写系统程序。 　　所谓位运算是指进行二进制位的运算。在系统软件中，常要处理二进位的问题。C语言提供位运算的功能，与其它高级语言相比，显然具有很大的优越性。 一、位运算符 二、位段 三、本章小结 结束

一、位运算符 Ｃ语言提供了六种位运算符： & 按位与 | 按位或 ^ 按位异或 ~ 取反 << 左移 >> 右移      　　Ｃ语言提供了六种位运算符：　 　　 　& 按位与 　　　　| 按位或 　　　　^ 按位异或 　　　　~ 取反 　　　　<< 左移 　　　　>> 右移 说明： (1)位运算除取反运算外，均为二目（元）运算符。 (2)运算量只能是整型或字符型的数据，不能为实型数据。

1．按位与运算符（&） 　　按位与运算符“&”是双目运算符。其功能是参与运算的两数各对应的二进位相与。只有对应的两个二进位均为1时，结果位才为1，否则为0。参与运算的数以补码方式出现。 即： 0&0=0; 0&1=0; 1&0=0; 1&1=1 例如：9&5可写算式如下： 00001001 (9的二进制补码) &00000101 (5的二进制补码) 00000001 (1的二进制补码) 可见9&5=1。

按位与的用途： (1)清零。 (2)取一个数中某些指定位。 (3)保留某些位。 　　如果想将一个单元清零，只要让该单元的数与0进行进行与运算即可达到清零目的。若想取指定的某些位或保留某些位，只要让这些位与１进行与运算即可。 例如:把整数a（＝517） 的高八位清 0 ，保留低八位，可作a&255运算( 255 的二进制数为0000000011111111)。 0000001000000101 (&)0000000011111111 —————————— 0000000000000101

2．按位或运算符（|） 　　按位或运算符“|”是双目运算符。其功能是参与运算的两数各对应的二进位相或。只要对应的两个二进位有一个为1时，结果位就为1。 即： 0｜0=0; 0｜1=1; 1｜0=1; 1｜1=1 例如：9｜5可写算式如下： 00001001 (9的二进制补码) (｜)00000101 (5的二进制补码) —————————— 00001101 (1的二进制补码) 可见9|5=13。 按位或运算常用来对一个数据的某些位定值为1。

3．按位异或运算符（^） 按位异或运算符“^”是双目运算符。其功能是参与运算的两数各对应的二进位相异或，当两对应的二进位相异时，结果为1。 　　按位异或运算符“^”是双目运算符。其功能是参与运算的两数各对应的二进位相异或，当两对应的二进位相异时，结果为1。 即： 0^0=0; 0^1=１; 1^0=１; 1^1=0 例如：9^5可写算式如下： 00001001 (9的二进制补码) (^)00000101 (5的二进制补码) —————————— 00001100 (1的二进制补码) 可见9^5=12。

^运算符的应用： (1)使特定位翻转。例如： (2)与0相^，保留原值。例如： (3)交换两个值，不用临时变量。例如： 假如a=3,b=4。想将a和b的值互换，可以用以下赋值语句实现：a=a^b; b=b^a; a=a^b; 上面三个语句等效与以下两步： b=b^(a^b)=b^a^b=a^b^b=a^0(应用(2)) =a a=a^b=(a^b)^(b^a^b)=a^b^b^a^b=a^a^b^b^b=b 竖式说明如下： a=011 (^) b=100 —————— a=111 (a^b的结果，a已变成7) b=011 (b^a的结果，b已变成3） (^) a=111 a=100 (a^b的结果，a变成4) 假设有01111010，想使其低4位翻转，即1变为0，0变为1。可以将它与00001111进行^运算，即： 　　 　　　　01111010 (^) 00001111 ——————— 01110101 例如：012^00=012 　　 00001010 (^) 00000000 ——————— 00001010

4．取反运算符（~） 求反运算符～为单目运算符，具有右结合性。其功能是对参与运算的数的各二进位按位求反。 例如～9的运算为： 　　求反运算符～为单目运算符，具有右结合性。其功能是对参与运算的数的各二进位按位求反。 例如～9的运算为： ~(0000000000001001)结果为： 　　111111111110110

5．左移运算符（<<） 　　左移运算符“<<”是双目运算符。其功能把“<< ”左边的运算数的各二进位全部左移若干位，由“<<”运算符右边的数指定移动的位数，高位丢弃，低位补0。 例如： a<<4 　　指把a的各二进位向左移动4位。如a=00000011(十进制3)，左移4位后为00110000(十进制48)。如图： 00 11 说明：高位左移后溢出，舍弃不起作用。 左移后被溢出舍弃的高位中若不包含1，则左移1位相当于该数乘以2，则左移n位相当于该数乘以2n。

6．右移运算符（>>） 00 11 说明：右移有两种：逻辑右移和算术右移 　　右移运算符“>>”是双目运算符。其功能是把“>> ”左边的运算数的各二进位全部右移若干位，“>>”运算符右边的数指定移动的位数。 例如：设 a=15，则　a>>2 表示把000001111右移为00000011(十进制3)。如图： 00 11 说明：右移有两种：逻辑右移和算术右移 逻辑右移：不论高位是０还是１，右移时高位补０。 算术右移：对于有符号数，在右移时，符号位将随同移动。当为正数时，最高位补0，而为负数时，符号位为1，最高位补1。 　　右移时是算术右移还是逻辑右移，取决于编译系统的规定。Turbo C和很多系统规定为补1。 注： 右移后若高位中不包含1，则右移1位相当于该数除以2，则右移n位相当于该数除以2n。

例1:取一个整数a从右端开始的4～7位。 分析如下： 先使a右移4位，使要取出的几位移到最右端。即：a>>4 设置一个低4位全为1，其余全为0的数。即：~(~0<<4) 将上面二者进行&运算。即:(a>>4)&~(~0<<4) 程序清单如下： main() {unsigned a,b,c,d; scanf(“%d”,&a); b=a>>4; c=~(~0<<4) d=b&c; printf(“%o,%d\n%o,%d\n”,a,a,d,d); }

例2：循环移位。 例如：将a循环右移n位。如右图： 分析如下： 将a的右端n位先放到b中的高n位中。 c: 右移 分析如下： 将a的右端n位先放到b中的高n位中。 即：b=a<<(16-n)； 将a右移n位。 即：c=a>>n； 将c与b按位或运算。 即：c=c|b; 程序清单如右： main() {unsigned a,b,c; int n; scanf(“%d%d”,&a,&n); b=a<<(16-n); c=a>>n; c=c|b; printf(“a=%d\nc=%d\n”,a,c); } 返回

二、位段 有些信息在存储时，并不需要占用一个完整的字节，而只需占几个或一个二进制位。例如在存放一个开关量时，只有0和1两种状态，用一位二进位即可。为了节省存储空间，并使处理简便，Ｃ语言又提供了一种数据结构，称为“位域”或“位段”。 　　所谓“位段”是把一个字节中的二进位划分为几个不同的区域，并说明每个区域的位数。每个域有一个域名，允许在程序中按域名进行操作。这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位域来表示。

1.位段的定义和位域变量的说明： 位段定义与结构体定义相仿，其形式为： struct 位段结构名 { 位段列表 }; 其中位段列表的形式为： 类型说明符 位段名：位段长度 例如： struct bs 　　 { int a:8; 　　 int b:2; 　　 int c:6; 　　 }; 位段变量的说明与结构体变量说明的方式相同。 可采用先定义后说明，同时定义说明或者直接说明这三种方式。

对于位段的定义有以下几点说明： 1)一个位段必须存储在同一个字节中，不能跨两个字节。如一个字节所剩空间不够存放另一位段时，应从下一单元起存放该位段。也可以有意使某位段从下一单元开始。 例如：struct bs 　{unsigned a:4 unsigned :0 /*空域*/ unsigned b:4 /*从下一单元开始存放*/ 　 unsigned c:4 　 }； 　 在这个位段定义中，a占第一字节的4位，后4位填0表示不使用，b从第二字节开始，占用4位，c占用4位。

从以上分析可以看出，位段在本质上就是一种结构类型，不过其成员是按二进位分配的。 2)由于位段不允许跨两个字节，因此位段的长度不能大于一个字节的长度，也就是说不能超过8位二进位。 3)位段可以无位段名，这时它只用来作填充或调整位置。无名的位段是不能使用的。 例如：struct k {int a:1 int :2 /*该2位不能使用*/ int b:3 int c:2 }; 从以上分析可以看出，位段在本质上就是一种结构类型，不过其成员是按二进位分配的。

2.位段的使用 例3：输出某位段变量的值。 位段的使用和结构体成员的使用相同，其一般形式为： main() 位段变量名·位段名 {struct bs {unsigned a:1; unsigned b:3; unsigned c:4; } bit,*pbit; bit.a=1; bit.b=7; bit.c=15; printf("%d,%d,%d\n",bit.a,bit.b,bit.c); pbit=&bit; pbit->a=0; pbit->b&=3; pbit->c|=1; printf("%d,%d,%d\n",pbit->a,pbit->b,pbit->c); } 位段的使用和结构体成员的使用相同，其一般形式为： 位段变量名·位段名 位段允许用各种格式输出。 返回

三、本章小结 1.位运算是Ｃ语言的一种特殊运算功能， 它是以二进制位为单位进行运算的。位运算符只有逻辑运算和移位运算两类。位运算符可以与赋值符一起组成复合赋值符。如&=,|=,^=,>>=,<<=等。 2.利用位运算可以完成汇编语言的某些功能，如置位，位清零，移位等。还可进行数据的压缩存储和并行运算。 3.位域在本质上也是结构类型，不过它的成员按二进制位分配内存。其定义、说明及使用的方式都与结构相同。 4.位域提供了一种手段，使得可在高级语言中实现数据的压缩，节省了存储空间，同时也提高了程序的效率。 返回