C语言（十五）位运算

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于 2021-07-23 18:58:20 首次发布

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本文详细介绍了位运算，包括按位与、或、取反及移位运算，并提供了实例说明其在处理二进制数据、设置和清除位、加密编码等方面的作用。位移运算中讲解了左移和右移的规则，以及不同数据类型的位移处理方式。同时，文章探讨了位段的概念，用于控制多位组合，方便地操作硬件相关的底层寄存器。位段的使用虽不具可移植性，但在特定场景下能提高效率。

13.2.1 按位运算

按位运算，即把整数当做二进制进行运算。


·&	按位的与
·\|	按位的或
·~	按位取反
·<<	左移
·>>	右移

按位与 &
如果(x)_i==1且(y)_i==1，那么(x&y)_i=1（第i位）否则=0
如：
0101 1010 5A
1000 1100 8C 做运算后：
0000 1000 08
按位与的应用：

让某一位或某些位=0，如x & 0xFE（1111 1110）会让最后一位变为0
取某个数中的某一段：如x & 0xFF (在32位int中是 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1111）这样只会留下最后8位
按位或
应用：
使得某一位/某几位变为1： x | 0x01
把两个数拼起来： 0x00FF | 0xFF00

按位取反：0变为1,1变为0
和补码不太一样，补码是用1 0000 0000-该数。可以试下(char)~c和(char)-c的值。
逻辑运算，相当于把所有非0值变为1后做按位运算。
因此还是有不同的，如果忘记逻辑运算是两个&|的话就会出问题。
按位异或^，两位相等结果为0，两位不等结果为1.
对同一个值做两次异或，还是原来的值。可以拿来做加密的编码，也可以判断两段码是否相等。

13.2.2 移位运算

i<<j：i中所有位向左移动j个位置，右边填入0
所有小于int的类型，移位以int的方式做，结果是int。
往左移1位就等价于乘了2.最多移动多少位取决于int的大小。x<<1
右移相当于/2。
对于小于int的类型，移位以int的方式做，且结果是int；
对于unsigned类型，左边填0
对于signed类型，左边填入原来的最高位（判断符号的01），保持符号不变。而往左移动的时候是不管符号位的。
移位的位数不要用负数，这是没有定义的行为！

13.2.3 位运算例子

有什么用处？
例1：输出一个数字的二进制在这里插入图片描述
unsigned后面没有跟类型，则是默认为unsigned int。
mask依次是
1000 0000
0100 0000
0010 0000
…

这样每一位依次取余，看每一位。
另外一件事：做单片机时常遇到这样的特殊功能寄存器（SFR）

怎么把对应比特置为0或1？
在这里插入图片描述
第几位就是1u<<几
如SBS是1，左移2位是100
PE是1，左移3位是1000
100
1000
1100（或后得到的结果）
用或使某些比特为1，用和使某些比特为0。

13.2.4 位段

在SFR表中可知，有的也不止一个比特。但之前的技巧只能控制一个比特。
如何控制多个比特？位段，把一个int的若干位组合成一个结构。
在这里插入图片描述
冒号后面的数字表示该成员占几个比特。

prtBin函数就是刚刚看过的输出二进制位。
输出：sizeof(uu)=4
二进制输出后五位10010
当我们把uu.trailing=0注释掉后，sizeof(uu)没变，但是二进制位输出变了。后五位仍然是10010，前面没有赋初值（没有让trailing=0），是乱七八糟的0和1.
当我们int trailing=32，仍然让uu.trailing=0，这时sizeof(uu)=8（所有位数加起来超过了32，所以用两个int来表达）二进制输出仍然只有后五位10010.
位段可以直接用位段的成员名称来访问，比移位、与、或还要方便。
编译器会安排其中的位的排列，不具有可移植性（比如老师的例子是从最右边排起，可能自己试验时会从最左边排。）所需要的位超过一个int时会安排多个int。
总而言之，位段是操作和硬件相关的底层操作。