C语言位运算符

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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。

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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