C语言位运算（按位与运算、或运算、异或运算、左移运算、右移运算）

2023-03-27 20:30| 来源: 网络整理| 查看: 265

首页 > C语言入门 > 结构体 C语言位运算（按位与运算、或运算、异或运算、左移运算、右移运算）所谓位运算，就是对一个比特（Bit）位进行操作。在《数据在内存中的存储》一节中讲到，比特（Bit）是一个电子元器件，8个比特构成一个字节（Byte），它已经是粒度最小的可操作单元了。 C语言提供了六种位运算符：运算符 & | ^ ~ 说明按位与按位或按位异或取反左移右移按位与运算（&）一个比特（Bit）位只有 0 和 1 两个取值，只有参与&运算的两个位都为 1 时，结果才为 1，否则为 0。例如1&1为 1，0&0为 0，1&0也为 0，这和逻辑运算符&&非常类似。 C语言中不能直接使用二进制，&两边的操作数可以是十进制、八进制、十六进制，它们在内存中最终都是以二进制形式存储，&就是对这些内存中的二进制位进行运算。其他的位运算符也是相同的道理。例如，9 & 5可以转换成如下的运算：

0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 （9 在内存中的存储） & 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在内存中的存储） ----------------------------------------------------------------------------------- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0001 （1 在内存中的存储）

也就是说，按位与运算会对参与运算的两个数的所有二进制位进行&运算，9 & 5的结果为 1。又如，-9 & 5可以转换成如下的运算：

1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在内存中的存储） & 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在内存中的存储） ----------------------------------------------------------------------------------- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在内存中的存储）

-9 & 5的结果是 5。关于正数和负数在内存中的存储形式，我们已在VIP教程《整数在内存中是如何存储的，为什么它堪称天才般的设计》中进行了讲解。再强调一遍，&是根据内存中的二进制位进行运算的，而不是数据的二进制形式；其他位运算符也一样。以-9&5为例，-9 的在内存中的存储和 -9 的二进制形式截然不同：

1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在内存中的存储） -0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 （-9 的二进制形式，前面多余的 0 可以抹掉）

按位与运算通常用来对某些位清 0，或者保留某些位。例如要把 n 的高 16 位清 0 ，保留低 16 位，可以进行n & 0XFFFF运算（0XFFFF 在内存中的存储形式为 0000 0000 -- 0000 0000 -- 1111 1111 -- 1111 1111）。【实例】对上面的分析进行检验。 #include int main(){ int n = 0X8FA6002D; printf("%d, %d, %X\n", 9 & 5, -9 & 5, n & 0XFFFF); return 0; } 运行结果： 1, 5, 2D 按位或运算（|）参与|运算的两个二进制位有一个为 1 时，结果就为 1，两个都为 0 时结果才为 0。例如1|1为1，0|0为0，1|0为1，这和逻辑运算中的||非常类似。例如，9 | 5可以转换成如下的运算：

0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 （9 在内存中的存储） | 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在内存中的存储） ----------------------------------------------------------------------------------- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1101 （13 在内存中的存储）

9 | 5的结果为 13。又如，-9 | 5可以转换成如下的运算：

1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在内存中的存储） | 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在内存中的存储） ----------------------------------------------------------------------------------- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在内存中的存储）

-9 | 5的结果是 -9。按位或运算可以用来将某些位置 1，或者保留某些位。例如要把 n 的高 16 位置 1，保留低 16 位，可以进行n | 0XFFFF0000运算（0XFFFF0000 在内存中的存储形式为 1111 1111 -- 1111 1111 -- 0000 0000 -- 0000 0000）。【实例】对上面的分析进行校验。 #include int main(){ int n = 0X2D; printf("%d, %d, %X\n", 9 | 5, -9 | 5, n | 0XFFFF0000); return 0; } 运行结果： 13, -9, FFFF002D 按位异或运算（^）参与^运算两个二进制位不同时，结果为 1，相同时结果为 0。例如0^1为1，0^0为0，1^1为0。例如，9 ^ 5可以转换成如下的运算：

0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 （9 在内存中的存储） ^ 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在内存中的存储） ----------------------------------------------------------------------------------- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1100 （12 在内存中的存储）

9 ^ 5的结果为 12。又如，-9 ^ 5可以转换成如下的运算：

1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在内存中的存储） ^ 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在内存中的存储） ----------------------------------------------------------------------------------- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0010 （-14 在内存中的存储）

-9 ^ 5的结果是 -14。按位异或运算可以用来将某些二进制位反转。例如要把 n 的高 16 位反转，保留低 16 位，可以进行n ^ 0XFFFF0000运算（0XFFFF0000 在内存中的存储形式为 1111 1111 -- 1111 1111 -- 0000 0000 -- 0000 0000）。【实例】对上面的分析进行校验。 #include int main(){ unsigned n = 0X0A07002D; printf("%d, %d, %X\n", 9 ^ 5, -9 ^ 5, n ^ 0XFFFF0000); return 0; } 运行结果： 12, -14, F5F8002D 取反运算（~）取反运算符~为单目运算符，右结合性，作用是对参与运算的二进制位取反。例如~1为0，~0为1，这和逻辑运算中的!非常类似。。例如，~9可以转换为如下的运算：

~ 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 （9 在内存中的存储） ----------------------------------------------------------------------------------- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0110 （-10 在内存中的存储）

所以~9的结果为 -10。例如，~-9可以转换为如下的运算：

~ 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在内存中的存储） ----------------------------------------------------------------------------------- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1000 （8 在内存中的存储）

所以~-9的结果为 8。【实例】对上面的分析进行校验。 #include int main(){ printf("%d, %d\n", ~9, ~-9 ); return 0; } 运行结果： -10, 8 左移运算（3, (-9)>>3 ); return 0; } 运行结果： 1, -2

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