本文深入解析C语言中的六种位运算符：按位与、按位或、按位异或、按位取反、左移和右移。通过实例演示如何使用位运算符进行数据处理，包括清零、取特定值、保留指定位、交换变量值等常见应用场景。
C语言位运算符
位运算是指按二进制进行的运算。
在系统软件中，常常需要处理二进制位的问题。C语言提供了6个位操作运算符。
这些运算符只能用于整型操作数，即只能用于带符号或无符号的char,short,int与long类型。
C语言提供的位运算符列表：
| 运算符 | 含义 | 描述 |
|---|---|---|
| & | 按位与 | 如果两个相应的二进制位都为1，则该位的结果值为1，否则为0 |
| | | 按位或 | 如果两个相应的二进制位都为1，则该位的结果值为1，否则为0 |
| ^ | 按位异或 | 若参加运算的两个二进制位值相同则为0，否则为1 |
| ~ | 按位取反 | ~是一元运算符，用来对一个二进制数按位取反，即将0变1，将1变0 |
| << | 左移 | 用来将一个数的各二进制位全部左移N位，右补0 |
| >> | 右移 | 将一个数的各二进制位右移N位，移到右端的低位被舍弃，对于无符号数，高位补0 |
1. “按位与”运算符（&）
按位与是指：参加运算的两个数据，按二进制位进行“与”运算。如果两个相应的二进制位都为１，则该位的结果值为1；否则为0。这里的1可以理解为逻辑中的true,0可以理解为逻辑中的false。按位与其实与逻辑上“与”的运算规则一致。逻辑上的“与”，要求运算数全真，结果才为真。若A=true,B=true,则A∩B=true。
例如：3&5 3的二进制编码是11(2)。
（为了区分十进制和其他进制，本文规定，凡是非十进制的数据均在数据后面加上括号，括号中注明其进制，二进制则标记为(2)）
内存储存数据的基本单位是字节(Byte),一个字节由8个位(bit)所组成。
位是用以描述电脑数据量的最小单位。二进制系统中，每个0或1就是一个位。
将11(2)补足成一个字节，则是00000011(2)。
5的二进制编码101(2)，将其补足成一个字节，则是00000101(2)
按位与运算：
00000011(2)
& 00000101(2)
00000001(2)
由此可知3&5=1
c语言代码：
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 3;
int b = 5;
printf("%d\n",a&b);
return 0;
}
按位与的用途：
-
清零
若想对一个存储单元清零，即使其全部二进制位为0，只要找一个二进制数，其中各个位符合一下条件：原来的数中为1的位，新数中相应位为0。然后使二者进行&运算，即可达到清零目的。
例：原数为43，即00101011(2)，另找一个数，设它为148，即10010100(2)，将两者按位与运算：
00101011(2)
& 10010100(2)
00000000(2) -
取一个数中某些指定位
若有一个整数a(2byte),想要取其中的低字节，只需要将a与8个1按位与即可。
a 00101100 10101100(2)
b 00000000 11111111(2)
c 00000000 10101100(2) -
保留指定位
与一个数进行“按位与”运算，此数在该位取1。
例如：有一数84，即01010100(2)，想把其中从左边算起的第3，4，5，7，8位保留下来，运算如下：
01010100(2)
& 00111011(2)
00010000(2)
即：a = 84 b = 59 c = a & b = 16
2.“按位或”运算符（|）
两个相应的二进制位中只要有一个为1，该位的结果值为1。借用逻辑学中或运算的话来说就是，一真为真。
例如：60(8)|17(8),将八进制60与八进制17进行按位或运算。
00110000(2)
| 00001111(2)
00111111 (2)
c语言源代码：
#include <stdio.h>
int main()
{
int a=060;
int b = 017;
printf("%d",a|b);
return 0;
}
按位或的用途：
- 按位或运算常用来对一个数据的某些位定值为1。
例如：使一个数a的低4位改为1，则只需要将a与17（8）进行按位或运算即可。
3.“异或”运算符（^）
若参加运算的两个二进制位值相同则为0，否则为1
即0∧0=0，0∧1=1，1∧0=1， 1∧1=0
例： 00111001(2)
∧ 00101010(2)
00010011 (2)
c语言源代码：
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 071;
int b = 052;
printf("%d",a ^ b);
return 0;
}
异或的用途：
- 使特定位翻转
设有数01111010(2)，想使其低4位翻转，即1变0，0变1.可以将其与00001111(2)进行“异或”运算。
即： 01111010(2)
^ 00001111(2)
01110101(2)
运算结果的低４位正好是原数低４位的翻转。可见，要使哪几位翻转就将与其进行∧运算的该几位置为１即可。 - 与0相“异或”，保留原值
例如：012 ^ 00=012
00001010(2)
^ 00000000(2)
00001010(2)
因为原数中的1与0进行异或运算得1，0^0得0，故保留原数。 - 交换两个值，不用临时变量
例如：ａ＝３，即11(2)；ｂ＝４，即100(2)。
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;
ａ＝011(2)∧ｂ＝100(2)
ａ＝111(2)（a∧b的结果，a已变成７）∧ｂ＝100(2)
ｂ＝011(2)（b∧a的结果，b已变成３）∧ａ＝111(2)
ａ＝100(2)（a∧b的结果，a已变成４）
等效于以下两步：
① 执行前两个赋值语句：“ａ＝ａ∧ｂ；”和“ｂ＝ｂ∧ａ；”相当于b=b∧(a∧b)。
② 再执行第三个赋值语句： ａ＝ａ∧ｂ。由于a的值等于（ａ∧ｂ），b的值等于（ｂ∧ａ∧ｂ），
因此，相当于a=ａ∧ｂ∧ｂ∧ａ∧ｂ，即a的值等于ａ∧ａ∧ｂ∧ｂ∧ｂ，等于ｂ。
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 3;
int b = 4;
a = a ^ b;
b = b ^ a;
a = a ^ b;
printf("a = %d b = %d\n",a,b);
return 0;
}
4.“取反”运算符（~）
单目运算符，用于求整数的二进制反码，即分别将操作数各二进制位上的1变为0，0变为1。例如：~77(8)</sub
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 077;
printf("%d",~a);
return 0;
}
5.左移运算符（<<）
左移运算符是用来将一个数的各二进制位左移若干位，移动的位数由右操作数指定（右操作数必须是非负值），其右边空出的位用0填补，高位左移溢出则舍弃该高位。
例如：将a的二进制数左移2位，右边空出的位补0，左边溢出的位舍弃。若a=15,即00001111(2)，左移2位得00111100(2)。
#include <stdio.h>
int main()
{
int a=15;
printf("%d",a<<2);
return 0;
}
左移1位相当于该数乘以2，左移2位相当于该数乘以2*2＝4,15<<2 = 60，即乘了４。
但此结论只适用于该数左移时被溢出舍弃的高位中不包含1的情况。
假设以一个字节(８位)存一个整数，若ａ为无符号整型变量，则ａ＝64时，左移一位时溢出的是0，而左移2位时，溢出的高位中包含1。
6.右移运算符（>>）
右移运算符是用来将一个数的各二进制位右移若干位，移动的位数由右操作数指定（右操作数必须是非负值），移到右端的低位被舍弃，对于无符号数，高位补0。对于有符号数，某些机器将对左边空出的部分用符号位填补（即“算术移位”），而另一些机器则对左边空出的部分用0填补（即“逻辑移位”）。注意：对无符号数,右移时左边高位移入0；对于有符号的值,如果原来符号位为0(该数为正),则左边也是移入0。如果符号位原来为1(即负数),则左边移入0还是1,要取决于所用的计算机系统。有的系统移入0,有的系统移入1。移入0的称为“逻辑移位”,即简单移位；移入1的称为“算术移位”。
例： a的值是八进制数113755(8)：
a:1001011111101101 (2)
a >> 1: 0100101111110110 (2)(逻辑右移时)
a >> 1: 1100101111110110 (2)(算术右移时)
在有些系统中,a >> 1得八进制数045766(8),而在另一些系统上可能得到的是145766(2)。Turbo C和其他一些C编译采用的是算术右移,即对有符号数右移时,如果符号位原来为1，左面移入高位的是1。
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 0113755;
printf("%d",a>>1);
return 0;
}
7.位运算赋值运算符
位运算符与赋值运算符可以组成复合赋值运算符。
例如: &=, |=, >>=, <<=, ∧=
例： a &= b 相当于 a = a & b
a <<=2 相当于 a = a << 2
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