C语言中的位操作

位操作

C语言常用于底层开发，它可以与硬件通信并且可以嵌入汇编语言，因此经常需要进行位操作，例如一台IBM PC通过向端口发送指令来控制硬件，控制代码通过读取指令字节上某个位来打开设备，其它位可能储存发送的信息。这就需要提取位上的信息。

进制

日常生活中我们常常使用十进制，原因可能得益于我们有10个手指头和脚趾头，计算机则使用二进制，因为信号的打开和关闭只有两种状态，很容易实现。八进制常用于小型设备或者古老的计算机，现在已经很少使用，目前常用的是十六进制，因为十六进制用F对应二进制1111，FF对应11111111，刚好一个字节，因此用十六进制描述二进制非常方便。用不同进制表述浮点时会有区别，例如1/3不能用十进制精确描述但三进制可以，二进制很擅长描述1/2,1/4,1/8这种2的n次幂，但不能精确表示2/5，3/7，因此当用double进行计算时常常可以看到1/10的输出结果为0.9999999999999999，但只要精度足够也可以用于日常和商业。

位运算符

位运算符分为逻辑运算符和位移运算符，逻辑运算符优先级低于关系运算符和赋值运算符，位移运算符优先级低于加减运算符高于关系运算符，但&=, >>=等赋值运算符优先级与++，+=相同。单纯的逻辑运算不会改变变量的值，例如flags<<2不会改变flags的值，它只返回运算后的结果，只有<<=才会改变flags的值。

位逻辑运算符

位逻辑运算符有：

按位非
& 按位与
| 按位或
^ 按位异或
&= 按位与后赋值
|= 按位或后赋值
^= 按位异或后赋值
^和&逻辑相反，两个值不同为真，两个相同为假，也可以用两个数相加得到结果，即 0^0=0,0^1=1,1^0=1,1^1=0。
这些逻辑都是从生活现象中总结出来的，对于异或逻辑，例如结婚两人性别必须是异性，同性不允许结婚。位逻辑在数字电路中应用更加广泛，还有一门学科叫数字逻辑，是电子专业必修课之一。在计算机中位运算用法大体如下：

掩码

使用&将一个二进制值的其它位隐藏起来，只保留指定的位，例如mask位00000010，flags & mask的效果如下：

在设置网卡ip的窗口中，掩码常常为255.255.255.0，即将ip地址的低位隐藏起来，只保留高位，如图：

打开和关闭位

将二进制某个位打开可以使用|，假设flags是00001111，mask是10000000，flags | mask结果为：10001111，最高位1被打开其它位不变。将二进制某个位关闭可以使用flags & ~mask，假设mask为00000001，结果为00001110，最低位被关闭。只需使用不同的运算符，同一个mask既可以用来打开又可以用来关闭位。

切换位

打开已关闭的位或者关闭已打开的位，可以使用^切换，因为1与任何位异或都会取反，0与任何位异或结果不变，如下：
1^1=0
1^0=1
0^0=0
0^1=1
如果flash为00000000，mask为11000000，那么flashs ^ mask的结果是11000000，最高两位被取反，其它位不变。

检查位

如果我们想比较两个字节中的位，不能使用flags1flags2这样的方式，因为比较的是字节的整体值，比较位应使用(flags1 & mask)(flags2 & mask)的形式，mask为某个位的掩码，由于&优先级低于赋值因此要用括号括起来。

位移运算符

位移运算符包含:

<< 按位左移
>> 按位右移
<<+ 按位左移后赋值
>>+ 按位右移后赋值

由于基本数据类型最小是1字节，当我们需要存取位数据时常常需要进行左移或右移，例如颜色值通常用三个字节表示，如FF00FF，当我们需要获取红色时需要使用flags>>=4将红色取出。用左移一位相当于将值乘以2，右移一位相当于将值除以2，但是右移与系统有关，因为涉及到负数，有些系统使用0填充空出的位，有些系统使用1填充空出的位，现在的编译器比较智能，如果发现值为正则用0填充，为符则用1填充，测试代码如下：

#include<stdio.h>
#include<stdio.h>
int main(void)
{
   
	unsigned a = 0x000040;
	int b = 0x000040;
	printf("%d,%d,%d,%d",a>>1,b>>1,4>>1,-4>>1);
	return 0;
}#include<stdio.h>