C语言 第七章 高级数据类型（3）：位运算符和位域

 

四、位域

3.1 位运算符

       所有的数据在计算机内都是用位序列来表达的，每一位的值为0或为1。如值65535即11111111 11111111；255即00000000 11111111。大多数系统，连续的8位构成一个字节。字节（byte）是一个char类型变量的标准存储单位。位运算符用来操作整数操作数的位，整数操作数的类型包括有符号（signed）和无符号（unsigned）的char、short、int和long类型。位运算符通常用于unsigned类型的整数。

位 运 算 符	描                   述
& （按位与）	如果两个操作数的相应位都为1，结果中的相应位设置为1
| （按位或）	如果两个操作数的相应位有一个为1，结果中的相应位设置为1
^ （按位异或）	如果两个操作数的相应位只有一个为1，结果中的相应位设置为1
<< （左移位）	把第一个/左操作数的位向左移动第二个/右操作数指定的位数，右边空出的位补0，从左边移出的位值丢失了
>> （右移位）	把左操作数的位向右移动右操作数指定的位数，填补左边空出的方法与机器有关（补0还是补1），从右边移出的位值丢失了
~ （按位取反）	所有0位设置为1，所有1位设置为0

注意，移位操作中，右操作数是负值或者右操作数大于左操作数存储的位数，则其结果是不确定的。

按位与运算符

位1	位2	位1&位2
0	0	0
1	0	0
0	1	0
1	1	1

按位或运算符

位1	位2	位1|位2
0	0	0
1	0	1
0	1	1
1	1	1

按位异或运算符

位1	位2	位1&位2
0	0	0
1	0	1
0	1	1
1	1	0

 

位赋值运算符

位 赋 值 运算符	描          述
&=	按位与赋值运算符
|=	按位或赋值运算符
^=	按位异或赋值运算符
<<=	左移位赋值运算符
>>=	右移位赋值运算符

 

运算符优先级和结合性

运  算  符	结 合 性	类型
() [] . ->	从左到右	最高优先级
+ - ++ -- !(type) & * ~ sizeof	从右到左	单目运算符
* / %	从左到右	乘法运算符
+ -	从左到右	加法运算符
<< >>	从左到右	移位运算符
< <= > >=	从左到右	关系运算符
== !=	从左到右	相等测试运算符
&	从左到右	按位与运算符
^	从左到右	按位异或运算符
|	从左到右	按位或运算符
&&	从左到右	逻辑与运算符
||	从左到右	逻辑或运算符
?:	从右到左	条件运算符
= += -= *= /= %= &= |= ^= <<= >>=	从右到左	赋值运算符
,	从左到右	逗号运算符

 

3.2 位域

       字节操作是C语言十分强大的内设机制。通过位运算符就可以完成位操作。但使用位域（bit-field）也可以访问单个的位，并且增强代码结构，也可能更高效。位域是指定了存储位数的结构或联合中的成员。其定义形式如下：

       type name : length;

       type指定位域的类型，必须是int、signed或unsigned（C99还允许_BOOL类型）； length指定位域的位数。

              struct employee

       {

           float pay;

           unsigned lay_off:    1;  /* 员工状态 */

           unsigned hourly:     1;  /* 薪酬方式 */

           unsigned deductions: 3;  /* 受教育情况 */

       };

       成员的位数是根据成员所需的范围确定的。这里用一个字节就存储了三段信息：员工状态、薪酬方式、手教育情况。如果不用位域，则得要3个字节。

              struct employee

       {

           float pay;

           unsigned:            1;  /* 无名位段*/

           unsigned lay_off:    1;  /* 员工状态 */

           unsigned hourly:     1;  /* 薪酬方式 */

           unsigned deductions: 3;  /* 受教育情况 */

       };

无名位段就是无用位，即不存储任何内容。它用来跳过无用位，到达有用位。有时如果无名位段占用4位，在4位字长的计算机上，紧接着的成员lay_off就被存储到另一个存储单元中。如果无名位段的宽度为0，表示使下一个位段从新存储单位的起始位置开始存储，上一个存储单元剩下的位被跳过。

       操作位域时，要注意位域是没有地址的，所以对它不能使用取地址运算符&。另外，使用位域，虽然节省了内存，但编译器将产生执行速度慢的机器语言代码。

参考书籍:
H. Schildt：The C: Complete Reference，Fourth Edition（王子恢等译，电子，2001.09）
H.M. Deitel，P.J. Deitel：C How To program，Second Edition（薛万鹏等译，机工，2000.07）
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|  2008-05-26                                                                                                 |
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