36、C语言中的逻辑运算符与数据处理

于 2025-09-15 12:52:41 发布
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分类专栏： PIC单片机编程实战指南 文章标签： C语言 逻辑运算符 异或运算符
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C语言中的逻辑运算符与数据处理

1. 异或运算符（^）

异或运算符（Exclusive OR，简称EXOR）被认为是真正的“或”功能。只有当两个位中仅有一个为逻辑‘1’时，结果才会产生逻辑‘1’，而不是两个都为‘1’。哪个变量的对应位为逻辑‘1’并不重要。异或的真值表如下：
| B | A | F |
| — | — | — |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |

以下是使用异或运算符的代码示例： 

/*
 * File:   logicsimulationProg.c
 * Author: H. H. Ward
 *
 * Created on 21 November 2020, 15:56
 */
#include <xc.h>
#include <conFigInternalOscNoWDTNoLVP.h>
#include <PICSetUp.h>
//some variable
unsigned char a,b,c,d,e,f;
void main()
{
    a = 0;
    b = 0;
    c = 0;
    d = 7;
    a = 0b00000101;
    b = 0b11110100;
    c = 13;
    while (1)
    {
        d = ( a ^ b );
    }
}

这段代码将变量‘d’加载为 0b11110001 。变量‘a’和‘b’的第2位都为逻辑‘1’，所以异或结果为逻辑‘0’。

异或运算符还可用于切换位的逻辑状态。例如： 

while (1)
{
    PORTBbits.RB0 ^= 1;
    delay (30);
}

如果假设 PORTB 的第0位初始为逻辑‘0’，执行 PORTBbits.RB0 ^= 1; 后，该位将变为逻辑‘1’。1秒后再次执行该指令，由于此时该位为逻辑‘1’，异或结果将使其变为逻辑‘0’。这样，连接到 PORTB 第0位的LED将以1秒为周期不断闪烁。

2. 按位与赋值运算符（&=）

按位与赋值运算符 &= 会将左边第一个变量的内容与右边第二个变量的内容进行按位与操作。如果某一位的按位与结果为真，则第一个变量的对应位变为逻辑‘1’；否则变为逻辑‘0’。

以下是使用 &= 运算符的代码示例： 

/*
 * File:   logicsimulationProg.c
 * Author: H. H. Ward
 *
 * Created on 21 November 2020, 15:56
 */
#include <xc.h>
#include <conFigInternalOscNoWDTNoLVP.h>
#include <PICSetUp.h>
//some variable
unsigned char a,b,c,d,e,f;
void main()
{
    a = 0;
    b = 0;
    c = 0;
    d = 0;
    a = 0b00000101;
    b = 0b11110100;
    c = 13;
    while (1)
    {
        d &= b;
    }
}

下面的表格展示了按位与操作的过程：
| Variable | Bit 7 | Bit 6 | Bit 5 | Bit 4 | Bit 3 | Bit 2 | Bit 1 | Bit 0 |
| — | — | — | — | — | — | — | — | — |
| Initial setting of ‘d’ | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| b | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| Result d | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |

可以看到，只有变量‘d’和‘b’的第2位都为逻辑‘1’，所以结果变量‘d’的第2位为逻辑‘1’，其余位为逻辑‘0’。

3. 按位或赋值运算符（|=）

按位或赋值运算符 |= 与 &= 类似，但它执行的是逻辑或操作。如果‘b’或‘d’中的任何一位为逻辑‘1’，则‘d’的对应位将被设置为逻辑‘1’。如果两个变量的对应位都为逻辑‘1’，‘d’的对应位也为逻辑‘1’，这是包含或的操作。

以下是使用 |= 运算符的代码示例： 

/*
 * File:   logicsimulationProg.c
 * Author: H. H. Ward
 *
 * Created on 21 November 2020, 15:56
 */
#include <xc.h>
#include <conFigInternalOscNoWDTNoLVP.h>
#include <PICSetUp.h>
//some variable
unsigned char a,b,c,d,e,f;
void main()
{
    a = 0;
    b = 0;
    c = 0;
    d = 7;
    a = 0b00000101;
    b = 0b11110100;
    c = 13;
    while (1)
    {
        d |= b;
    }
}

下面的表格展示了按位或操作的过程：
| Variable | Bit 7 | Bit 6 | Bit 5 | Bit 4 | Bit 3 | Bit 2 | Bit 1 | Bit 0 |
| — | — | — | — | — | — | — | — | — |
| Initial setting of ‘d’ | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| b | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| Result d | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 |

如果使用异或运算符 d ^= b; ，结果会有所不同。与按位或操作相比，结果中‘d’的第2位将为逻辑‘0’，因为异或会排除‘d’和‘b’第2位都为逻辑‘1’的情况。

4. 取模运算符（%）

取模运算符 % 与除法运算符 / 一起使用，用于获取除法运算的余数。例如， 8 / 3 的结果是2，余数是2。

以下是使用取模运算符的代码示例： 

/*
 * File:   logicsimulationProg.c
 * Author: H. H. Ward
 *
 * Created on 21 November 2020, 15:56
 */
#include <xc.h>
#include <conFigInternalOscNoWDTNoLVP.h>
#include <PICSetUp.h>
//some variable
unsigned char a,b,c,d,e,f;
void main()
{
    a = 0;
    b = 0;
    c = 0;
    d = 0;
    a = 0b00001000;
    b = 0b00000011;
    while (1)
    {
        c = a/b;
        d  = a % b;
    }
}

变量‘a’被加载为8，‘b’被加载为3。第22行将变量‘c’加载为 8 / 3 的整数部分2，第23行将变量‘d’加载为余数2。

5. 按位取反运算符（~）

按位取反运算符 ~ 会翻转变量中的每一位，即所有逻辑‘0’变为逻辑‘1’，所有逻辑‘1’变为逻辑‘0’。

以下是使用按位取反运算符的代码示例： 

/*
 * File:   logicsimulationProg.c
 * Author: H. H. Ward
 *
 * Created on 21 November 2020, 15:56
 */
#include <xc.h>
#include <conFigInternalOscNoWDTNoLVP.h>
#include <PICSetUp.h>
//some variable
unsigned char a,b,c,d,e,f;
void main()
{
    a = 0;
    b = 0;
    c = 0;
    d = 7;
    b = 0b00000111;
    while (1)
    {
        d = ~b;
    }
}

下面的表格展示了按位取反操作的过程：
| Variable | Bit 7 | Bit 6 | Bit 5 | Bit 4 | Bit 3 | Bit 2 | Bit 1 | Bit 0 |
| — | — | — | — | — | — | — | — | — |
| Initial setting of ‘d’ | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| b | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| Result d | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |

6. 移位运算符（< >n）

移位运算符 <<n 和 >>n 分别用于将位向左或向右移动 n 位。可以对一个变量进行移位操作，也可以将移位结果加载到另一个变量中，原变量内容保持不变。

以下是使用移位运算符的代码示例： 

/*
 * File:   logicsimulationProg.c
 * Author: H. H. Ward
 *
 * Created on 21 November 2020, 15:56
 */
#include <xc.h>
#include <conFigInternalOscNoWDTNoLVP.h>
#include <PICSetUp.h>
//some variable
unsigned char a,b,c,d,e;
void main()
{
    a = 0;
    b = 0;
    c = 0;
    d = 7;
    e = 0;
    a = 8;
    b = 0b11001110;
    while (1)
    {
        c = b >> 4;
        d = b << 2;
        e = (b << 4 | b >>4);
    }
}
  • 第23行将 0b11001110 右移4位，结果为 c = 0b00001100 。
  • 第24行将 b 左移2位，结果为 d = 0b00111000 。
  • 第25行将 b 左移4位和右移4位的结果进行按位或操作，结果为 e = 0b11101100 。

下面的表格展示了变量‘d’在右移2位后的结果：
| Variable | Bit 7 | Bit 6 | Bit 5 | Bit 4 | Bit 3 | Bit 2 | Bit 1 | Bit 0 |
| — | — | — | — | — | — | — | — | — |
| Initial setting of ‘d’ | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| b | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| Result d | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |

7. 数据类型与内存

PIC微控制器有三个内存区域：
- 程序内存区域 ：用于存储程序的所有指令。PIC18f4525的程序内存区域有48KB，可存储24,576条单字指令。该内存是非易失性的，断电后信息不会丢失。
- 数据RAM ：用于存储程序的临时信息。PIC18f4525有4096个内存位置，每个位置可存储8位数据（即一个字节）。该内存是易失性的，断电后所有信息丢失。
- 数据EEPROM ：用于存储程序不想因PIC断电而丢失的信息，是非易失性内存。

7.1 变量

在程序中创建变量时，编译器会在PIC的数据内存区域中为其预留一个或多个内存位置。所需的内存位置数量取决于要存储的数据所需的位数。变量与C编程中使用的不同数据类型相关联，所有数据实际上都是二进制数，我们只是给这些二进制数赋予了有意义的名称。

常见的数据类型如下表所示：
| Type | Size | Minimum Value | Maximum Value |
| — | — | — | — |
| char | 8 bits | –128 | 127 |
| unsigned char | 8 bits | 0 | 255 |
| int | 16 bits | –32,768 | 32,767 |
| unsigned int | 16 bits | 0 | 65,535 |
| short | 16 bits | –32,768 | 32,767 |
| unsigned short | 16 bits | 0 | 65,535 |
| short long | 24 bits | –8,388,608 | 8,388,607 |
| unsigned short long | 24 bits | 0 | 16,777,215 |
| long | 32 bits | –2,147,483,648 | 2,147,483,647 |
| unsigned long | 32 bits | 0 | 4,294,967,295 |
| float | 32 bits | Floating Point Numbers | |
| double | 32 bits | –126 | 128 | 2–126 | 2128 |

7.2 位运算符

Operator Description
& AND each bit
| OR each bit (inclusive OR)
^ EXOR each bit (exclusive OR)
<<n Shift left n places
>>n Shift right n places
~ One’s complement (invert each bit)

例如，如果 x = 1111 1111 ，则：
| Operation | Result |
| — | — |
| x & 0X0F | 0000 1111 |
| x | OXOF | 1111 1111 |
| x^0X0F | 1111 0000 |
| x = x<<2 | 1111 1100 |
| x = x>>4 | 0000 1111 |
| x = ~x | 0000 0000 |

7.3 数学和逻辑运算符

Operator Description
+ Leaves the variable as it was
- Creates the negative of the variable
++ Increments the variable by 1
– Decrements the variable by 1
* Multiplies the two variables y = a × b
/ Divides y= a/b
% Used to get the remainder of a division of two variable m = a%b
< Less than: If (y < a) means y is less than a
<= Less than or equal to: If (y < =a) means y is less than or equal to a
> Greater than: If (y > a) means y is greater than a
>= Greater than or equal to: If (y > =a) means y is greater than or equal to a
= Makes the variable equal to: y = 3. After this, y takes on the value of 3
! Not if: (!PORTBbits.RB0) if not bit 0 of portb, which means if bit 0 of portb is logic ‘0’
&& Whole register AND
|| Whole register OR
? Test operator: y = (a>0) ? a : –1; This test to see if ‘a’ is greater than 0. If it is, then y becomes equal to ‘a’, if it’s not then y = –1

7.4 关键字

Keyword Function
typedef Allows the programmer to define any phrase to represent an existing type
#ifndef Checks to see if a label you want to use has not been defined in any include files you want to use. If it has, it does not allow you to define it now. If it hasn’t, you are allowed to define it now
#define You can define what your label means here
#endif Denotes the end of your definition after the #ifndef code
sizeof Returns the size in number of bytes of a variable

全局变量是一旦声明后，可在程序的任何地方进行读写操作的变量。

8. 微处理器系统中的编号系统

8.1 二进制数

微处理器系统使用二进制数系统，因为它只有两个数字‘0’和‘1’，可以用逻辑‘0’和逻辑‘1’表示，也可以用电压（0V表示逻辑‘0’，+5V表示逻辑‘1’）表示。所有逻辑操作（如AND、OR、NAND、NOR、NOT和EXOR）都使用二进制格式。

8.2 十进制转二进制

将十进制数转换为二进制数的一种简单方法是反复将十进制数除以2。例如，将66转换为二进制数： 

66 / 2 = 33 ... 0
33 / 2 = 16 ... 1
16 / 2 =  8 ... 0
 8 / 2 =  4 ... 0
 4 / 2 =  2 ... 0
 2 / 2 =  1 ... 0
 1 / 2 =  0 ... 1

从下往上取余数，得到二进制数 1000010 。

8.3 二进制转十进制

将二进制数转换为十进制数，需要将二进制数中为1的位对应的十进制值相加。例如，将二进制数 1000010 转换为十进制数：
| Base No | 2^7 | 2^6 | 2^5 | 2^4 | 2^3 | 2^2 | 2^1 | 2^0 |
| — | — | — | — | — | — | — | — | — |
| Decimal equivalent | 128 | 64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1 |
| Binary number | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | |

64 + 2 = 66 ，所以二进制数 1000010 对应的十进制数是66。

8.4 示例

将127转换为二进制数并验证结果： 

127 / 2 = 63 ... 1
 63 / 2 = 31 ... 1
 31 / 2 = 15 ... 1
 15 / 2 =  7 ... 1
  7 / 2 =  3 ... 1
  3 / 2 =  1 ... 1
  1 / 2 =  0 ... 1

得到二进制数 1111111 。验证： 64 + 32 + 16 + 8 + 4 + 2 + 1 = 127 。

通过以上内容，我们了解了C语言中一些特殊的指令和逻辑运算符，以及PIC微控制器的内存结构、数据类型、编号系统等知识。这些知识对于理解和编写微控制器程序非常重要。

9. 逻辑运算符总结与应用示例

9.1 运算符总结

前面介绍了多种逻辑运算符，下面做一个简单总结：
| 运算符 | 功能描述 |
| — | — |
| ^（异或） | 只有当两个位中仅有一个为逻辑‘1’时，结果为逻辑‘1’ |
| &=（按位与赋值） | 将左边变量与右边变量按位与，结果存于左边变量 |
| |=（按位或赋值） | 将左边变量与右边变量按位或，结果存于左边变量 |
| %（取模） | 获取除法运算的余数 |
| ~（按位取反） | 翻转变量中的每一位 |
| < >n（右移） | 将变量的位向右移动n位 |

9.2 综合应用示例

下面是一个综合运用这些运算符的示例代码： 

/*
 * File:   comprehensiveExample.c
 * Author: Some Author
 *
 * Created on Some Date
 */
#include <xc.h>
#include <conFigInternalOscNoWDTNoLVP.h>
#include <PICSetUp.h>
//some variable
unsigned char a,b,c,d,e,f;
void main()
{
    a = 0b00001100;
    b = 0b00110011;
    c = a ^ b;
    d = a &= b;
    e = a |= b;
    f = a % b;
    a = ~a;
    b = b << 2;
    c = c >> 1;
    while (1)
    {
        // 可以在这里添加更多的操作
    }
}

在这个示例中：
- c = a ^ b; 计算 a 和 b 的异或结果。
- d = a &= b; 先进行按位与操作，再将结果赋值给 a 和 d 。
- e = a |= b; 先进行按位或操作，再将结果赋值给 a 和 e 。
- f = a % b; 计算 a 除以 b 的余数。
- a = ~a; 对 a 进行按位取反。
- b = b << 2; 将 b 左移2位。
- c = c >> 1; 将 c 右移1位。

10. 数据类型与内存的进一步理解

10.1 数据类型的选择

在编程中，正确选择数据类型非常重要。不同的数据类型占用的内存空间不同，所能表示的数值范围也不同。例如，如果需要存储一个较小的无符号整数，使用 unsigned char 就足够了，这样可以节省内存。如果需要存储一个较大的整数，可能需要使用 long 或 unsigned long 。

10.2 内存的使用优化

  • 变量的生命周期 ：合理控制变量的生命周期，避免不必要的内存占用。例如，在一个函数中定义的局部变量，在函数执行结束后，其占用的内存会被释放。
  • 数组的使用 ：如果需要存储多个相同类型的数据，可以使用数组。但要注意数组的大小，避免浪费内存。例如： 
unsigned char myArray[10]; // 定义一个包含10个元素的数组

10.3 内存操作的流程图 

graph TD;
    A[开始] --> B[声明变量];
    B --> C[分配内存];
    C --> D[使用变量];
    D --> E{是否需要释放内存};
    E -- 是 --> F[释放内存];
    E -- 否 --> G[继续使用];
    F --> H[结束];
    G --> D;

11. 编号系统在实际编程中的应用

11.1 二进制编号在逻辑操作中的应用

在逻辑操作中，二进制编号非常重要。例如，在使用按位与、按位或、异或等运算符时，都是基于二进制位进行操作的。通过合理运用这些运算符，可以实现一些复杂的逻辑功能。

11.2 十进制与二进制的转换在数据处理中的应用

在数据处理中，经常需要进行十进制与二进制的转换。例如，在读取传感器数据时，传感器返回的可能是二进制数据，需要将其转换为十进制数据进行显示或进一步处理。反之，在向设备发送数据时，可能需要将十进制数据转换为二进制数据。

11.3 编号系统转换的流程图 

graph TD;
    A[开始] --> B{选择转换类型};
    B -- 十进制转二进制 --> C[反复除以2取余数];
    B -- 二进制转十进制 --> D[按位计算十进制值并相加];
    C --> E[得到二进制结果];
    D --> F[得到十进制结果];
    E --> G[结束];
    F --> G;

12. 总结

通过对C语言中逻辑运算符、数据类型、内存结构以及编号系统的学习，我们可以更好地理解和编写微控制器程序。逻辑运算符可以实现各种复杂的逻辑功能，合理选择数据类型可以节省内存，了解内存结构有助于优化程序的性能，掌握编号系统的转换可以方便数据的处理。在实际编程中，要根据具体需求灵活运用这些知识，不断提高编程能力。

希望这些内容对大家有所帮助，在后续的编程实践中能够更加得心应手。

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目录1. 简介 1. 简介
逻辑运算符
2301_80215285的博客
10-15 1486
在 C 语言中，逻辑运算符用于处理布尔运算，主要用于控制程序的流程与条件判断。逻辑与（&&）逻辑或（||）和逻辑非（!。下面将详细介绍这三种逻辑运算符的使用，并提供示例代码。C 语言的逻辑运算符是条件控制的核心部分，合理使用这些运算符可以简化条件判断语句，提高程序的可读性。无论是进行基本的条件判断，还是构建更复杂的决策逻辑，逻辑运算符都是不可或缺的工具。通过掌握这些运算符及其短路特性，可以编写出更高效和更安全的代码。
c语言中逻辑运算符并且,[转载]C语言中逻辑运算符(&&，||，!)和位运算符号(&，|，^)...
weixin_30310149的博客
05-22 966
1.C语言中逻辑运算符(&&，||，!)和位运算符号(&，|，^)的区别在C语言中，编程者经常混淆两组运算符：(&&，||，！)和(&，|，^)。第一组是逻辑运算符，它的操作数是布尔型，而第二组则是位运算符，其操作数是位序列。在布尔型操作数中，只有两个数值，0或1。C语言规定，在逻辑运算中，所有的非0数值都看做1处理。而位序列则可以是有无符号的字符...
C语言数据类型运算符与表达式.pdf
11-23
逻辑运算符用于进行逻辑判断，包括逻辑与（&&）、逻辑或（||）、逻辑非（!）。位运算符用于直接操作数字的二进制位，包括按位与（&）、按位或（|）、按位异或（^）、按位取反（~）、左移（）和右移（>>）。 表达式...
C语言中的逻辑运算符和位运算符总结.docx
03-11
在C语言中，逻辑运算符和位运算符是两种重要的操作符类别，它们在处理布尔逻辑和二进制数据时起到关键作用。 首先，我们来看看逻辑运算符： 1. **逻辑与 (&&)**：这个运算符用于判断两个表达式是否都为真。如果...
基于Qt框架的学生信息管理系统开发实践
11-29
人工智能领域应用开发项目：综合信息处理平台构建 本项目聚焦于智能技术在数据管理领域的实际应用，通过系统化方法构建高效的信息处理体系。该平台采用模块化架构设计，包含数据采集、智能分析、决策支持三大核心组件。 在技术实现层面，系统运用机器学习算法进行数据特征提取，结合自然语言处理技术实现非结构化数据的智能解析。平台具备实时数据处理能力，支持多源异构数据的集成与融合，通过可视化界面提供直观的数据展示。 项目开发遵循严格的工程规范，采用分层架构确保系统的可扩展性和维护性。安全机制方面，建立了完善的身份认证与权限管理体系，保障数据在处理过程中的完整性与机密性。性能优化方面，通过负载均衡和缓存策略提升系统响应效率。 该实践项目体现了人工智能技术在现代化信息管理中的关键作用，为各行业的数据治理提供了可靠的技术解决方案。通过实际应用验证，系统在数据处理效率、分析准确性和用户体验等方面均表现出显著优势。 资源来源于网络分享，仅用于学习交流使用，请勿用于商业，如有侵权请联系我删除！
Docker Desktop Installer-4.53.exe
11-29
Docker 是一个开源的应用容器引擎，让开发者可以打包他们的应用以及依赖包到一个可移植的镜像中
易语言制作图标，标注类图标
最新发布
11-29
各种标注用途图标，，分类标注，分类管理
双侧电源系统距离保护仿真模型（Simulink仿真实现）
11-29
双侧电源系统距离保护仿真模型（Simulink仿真实现）内容概要：本文介绍了基于Simulink的双侧电源系统距离保护仿真模型的构建与实现，重点阐述了距离保护在电力系统中的工作原理及仿真方法。通过建立双侧电源系统模型，模拟不同类型故障，分析保护装置的动作特性，验证距离保护的可靠性与准确性。文中涵盖了系统建模、故障设置、保护算法实现及仿真结果分析等核心环节，旨在帮助读者掌握电力系统继电保护的仿真技术，特别是距离保护在复杂电网环境下的应用。; 适合人群：具备电力系统基础知识和Simulink仿真经验的电气工程专业学生、研究人员及从事继电保护工作的工程技术人员。; 使用场景及目标：①学习和掌握双侧电源系统中距离保护的基本原理与配置方法；②通过Simulink仿真理解故障发生时保护装置的动作行为；③为电力系统保护方案设计、教学实验或科研项目提供仿真技术支持。; 阅读建议：建议读者结合电力系统继电保护教材，按照文档结构逐步搭建仿真模型，重点关注故障设置与保护判据的实现逻辑，并通过调整参数观察仿真结果变化，加深对距离保护动作特性的理解。
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