位运算符

本文详细介绍了Java中的二进制表示方法、位运算符及其优先级,包括左移、右移、按位异或等运算符的用法和特性。同时,文章还解释了如何使用八进制和十六进制表示数值,以及这些表示方法在Java编程中的应用。

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一,Java 位运算 


1.表示方法:  


在Java语言中,二进制数使用补码表示,最高位为符号位,正数的符号位为0,负数为1。补码的表示需要满足如下要求。  


(1)正数的最高位为0,其余各位代表数值本身(二进制数)。  


(2)对于负数,通过对该数绝对值的补码按位取反,再对整个数加1。 


2.位运算符  


位运算表达式由操作数和位运算符组成,实现对整数类型的二进制数进行位运算。位运算符可以分为逻辑运算符(包括~、&、|和^)及移位运算符(包括>>、<<和>>>)。 


1)左移位运算符(<<)能将运算符左边的运算对象向左移动运算符右侧指定的位数(在低位补0)。 


2)“有符号”右移位运算符(>>)则将运算符左边的运算对象向右移动运算符右侧指定的位数。 “有符号”右移位运算符使用了“符号扩展”:若值为正,则在高位插入0;若值为负,则在高位插入1。


3)Java也添加了一种“无符号”右移位运算符(>>>),它使用了“零扩展”:无论正负,都在高位插入0。这一运算符是C或C++没有的。 


4)若对char,byte或者short进行移位处理,那么在移位进行之前,它们会自动转换成一个int。 只有右侧的5个低位才会用到。这样可防止我们在一个int数里移动不切实际的位数。 若对一个long值进行处理,最后得到的结果也是long。此时只会用到右侧的6个低位,防止移动超过long值里现成的位数。 但在进行“无符号”右移位时,也可能遇到一个问题。若对byte或short值进行右移位运算,得到的可能不是正确的结果(Java 1.0和Java 1.1特别突出)。 它们会自动转换成int类型,并进行右移位。但“零扩展”不会发生,所以在那些情况下会得到-1的结果。 


在进行位运算时,需要注意以下几点。   


(1)>>>和>>的区别是:在执行运算时,>>>运算符的操作数高位补0,而>>运算符的操作数高位移入原来高位的值。   


(2)右移一位相当于除以2,左移一位(在不溢出的情况下)相当于乘以2;移位运算速度高于乘除运算。   


(3)若进行位逻辑运算的两个操作数的数据长度不相同,则返回值应该是数据长度较长的数据类型。   


(4)按位异或可以不使用临时变量完成两个值的交换,也可以使某个整型数的特定位的值翻转。   


(5)按位与运算可以用来屏蔽特定的位,也可以用来取某个数型数中某些特定的位。   


(6)按位或运算可以用来对某个整型数的特定位的值置l。


3.位运算符的优先级  


~的优先级最高,其次是<<、>>和>>>,再次是&,然后是^,优先级最低的是|。 


 


二, 按位异或运算符^ 


 参与运算的两个值,如果两个相应位相同,则结果为0,否则为1。即:0^0=0, 1^0=1, 0^1=1, 1^1=0 


例如:10100001^00010001=10110000


   0^0=0,0^1=1 0异或任何数=任何数 


   1^0=1,1^1=0 1异或任何数-任何数取反 


   任何数异或自己=把自己置0


(1)按位异或可以用来使某些特定的位翻转,如对数10100001的第2位和第3位翻转,可以将数与00000110进行按位异或运算。                     10100001^00000110=10100111 //1010 0001 ^ 0x06 = 1010 0001 ^ 6 


(2)通过按位异或运算,可以实现两个值的交换,而不必使用临时变量。


例如交换两个整数a,b的值,可通过下列语句实现:


 a=10100001,b=00000110 


 a=a^b;   //a=10100111 


 b=b^a;   //b=10100001


 a=a^b;   //a=00000110


(3)异或运算符的特点是:数a两次异或同一个数b(a=a^b^b)仍然为原值a.


 


 三,Java 中除了二进制的表示方法: 


由于数据在计算机中的表示,最终以二进制的形式存在,所以有时候使用二进制,可以更直观地解决问题。 


 但,二进制数太长了。比如int 类型占用4个字节,32位。比如100,用int类型的二进制数表达将是: 


 0000 0000 0000 0000 0110 0100


 面对这么长的数进行思考或操作,没有人会喜欢。因此,C,C++,以及java中 没有提供在代码直接写二进制数的方法。 


 八进制数的表达方法 


 如何表达一个八进制数呢?如果这个数是 876,我们可以断定它不是八进制数,因为八进制数中不可能出7以上的阿拉伯数字。但如果这个数是123、是567,或12345670,那么它是八进制数还是10进制数,都有可能。


 所以规定,一个数如果要指明它采用八进制,必须在它前面加上一个0,如:123是十进制,但0123则表示采用八进制。这就是八进制数的表达方法。 现在,对于同样一个数,比如是100,我们在代码中可以用平常的10进制表达,例如在变量初始化时: 


 int a = 100; 


 我们也可以这样写:


 int a = 0144; //0144是八进制的100;一个10进制数如何转成8进制。 


 千万记住,用八进制表达时,你不能少了最前的那个0。否则计算机会通通当成10进制。不过,有一个地方使用八进制数时,却不能使用加0,那就是我们前面学的用于表达字符的“转义符”表达法。


 十六进制数的表达方法 


 如果不使用特殊的书写形式,16进制数也会和10进制相混。随便一个数:9876,就看不出它是16进制或10进制。 


 16进制数必须以 0x开头。比如 0x1表示一个16进制数。而1则表示一个十进制。另外如:0xff,0xFF,0X102A,等等。其中的x也也不区分大小写。(注意:0x中的0是数字0,而不是字母O) 


 以下是一些用法示例:


 int a = 0x100F; 


 int b = 0x70 + a; 


 最后一点很重要,10进制数有正负之分,比如12表示正12,而-12表示负 12,;但8进制和16进制只能用来表达无符号的正整数,如果你在代码中里:-078,或者写:-0xF2,编译器并不把它当成一个负数。
<think>好的,用户的问题是关于单片机中的“三位运算符”的使用说明或示例。首先,我需要确认用户是否指的是“三目运算符”或者是否存在其他可能的误解。因为在编程中,常见的位运算符通常是按位与(&)、按位或(|)、按位异或(^)、按位取反(~)、左移(<<)和右移(>>),这些通常被称为位运算符,而“三位运算符”这个术语并不常见,可能是用户输入时的笔误。 接下来,我会考虑用户提到的参考引用内容,其中提到了位运算符的种类,如左移、右移、按位取反等。用户可能将“三目运算符”误写为“三位运算符”,或者可能是指三个位的操作。但根据常见的编程知识,三目运算符(条件运算符)是存在的,形式为条件 ? 表达式1 : 表达式2,用于条件判断。而位运算符中并没有三位的运算符,因此需要进一步澄清。 然后,我需要检查单片机编程中常用的运算符。在C语言中,单片机常用的位运算符是上述提到的那些,每个运算符处理的是单个位或多个位的组合。例如,按位与用于屏蔽某些位,按位或用于设置某些位,移位运算用于乘以或除以2的幂次方。用户可能想了解如何使用这些位运算符进行三位的操作,比如同时操作三个位,或者处理三位的数据。 另外,用户可能是在问三目运算符在单片机中的应用,比如条件判断的简洁写法。但根据用户的引用内容,他们之前的问题是关于位运算符的,所以更可能是在询问位运算符相关的三位操作。例如,如何用位运算符提取或设置三个连续的位。 考虑到用户可能的混淆,回答中需要先澄清可能的术语误解,然后分别解释三目运算符和位运算符中的三位操作。同时,需要提供具体的示例代码,说明在单片机编程中如何应用这些运算符,比如寄存器操作中的位掩码设置、状态标志的读取或修改等。 最后,生成相关问题,帮助用户进一步理解相关概念,比如三目运算符与if语句的区别、位运算优化技巧等。</think>[系统级回答] 关于单片机编程中"三位运算符"的说明如下: 1. 术语澄清: "三位运算符"实际为术语混淆,可能指以下两种运算符: - 三目运算符(条件运算符):唯一的三操作数运算符$条件 ? 真值表达式 : 假值表达式$ - 位运算符:处理二进制位的运算符,如$&, |, ^, ~, <<, >>$等[^1] 2. 三目运算符示例: ```c // 设置GPIO输出电平 GPIO_PIN = (电压 > 2.5V) ? HIGH : LOW; // 计算PWM占空比 uint8_t duty_cycle = (温度 > 30) ? 75 : 50; ``` 3. 位运算符的三位操作: ```c // 定义3位状态寄存器(假设使用低3位) #define STATE_MASK 0x07 // 二进制00000111 // 设置后三位状态 PORT |= (new_state & STATE_MASK); // 保留其他位,设置低3位 // 读取中间三位(假设位3-5) uint8_t sensor_val = (ADC_DATA >> 3) & 0x07; // 三位置换操作 value = (value & 0xF8) | (new_bits & 0x07); // 保持高5位不变,替换低3位 ``` 4. 复合位运算示例: ```c // LED阵列控制(假设每3位控制一组RGB LED) uint32_t led_ctrl = 0; led_ctrl |= (red << 0) | (green << 1) | (blue << 2); // 设置第一组颜色 led_ctrl |= (模式 ? 0x38 : 0x07) << 3; // 根据模式设置第二组颜色 ```
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