简单分析C语言位运算

作者:课课家更新于： 2016-12-02 15:19:29

　　初次接触位运算估计很多初学者都不太明白到底是什么意思，它和平时接触的加减乘除运算有着什么样的区别？它的作用是什么？下面课课家笔者就为大家简单介绍C语言中的位运算的概念和作用。

　　所谓位运算，就是直接对整数在内存中的二进制位进行操作。比如and运算本来是一个逻辑运算符，但整数与整数之间也可以进行and运算。在C语言中给我们提供了以下几种位运算符：

　　◎按位与运算（&）

　　我们知道一个比特（Bit）位只有0和1两个取值，只有参与&运算的两个位都为1时，结果才为1，否则为0。比如1&1为1，0&0为0，1&0也为0，这和逻辑运算符&&非常类似。在C语言中不能直接使用二进制，&两边的操作数可以是十进制、八进制、十六进制，它们在内存中最终都是以二进制形式存储，&就是对这些内存中的二进制位进行运算。其他的位运算符也是相同的道理。下面笔者以9&5为例转换成如下的运算：

　　00000000--00000000--00000000--00001001（9在内存中的存储）

　　&00000000--00000000--00000000--00000101（5在内存中的存储）

　　-----------------------------------------------------------------------------------

　　00000000--00000000--00000000--00000001（1在内存中的存储）

　　按位与运算会对参与运算的两个数的所有二进制位进行&运算，我们得到的9&5的结果为1。同理我们可以将-9&5转换成如下的运算：

　　11111111--11111111--11111111--11110111（-9在内存中的存储）

　　&00000000--00000000--00000000--00000101（5在内存中的存储）

　　-----------------------------------------------------------------------------------

　　00000000--00000000--00000000--00000101（5在内存中的存储）

　　我们得到的-9&5的结果是5。在这里笔者给大家强调一点，&是根据内存中的二进制位进行运算的，而不是数据的二进制形式；其他位运算符也一样。以-9&5为例，-9的在内存中的存储和-9的二进制形式截然不同：

　　11111111--11111111--11111111--11110111（-9在内存中的存储）

　　-00000000--00000000--00000000--00001001（-9的二进制形式，前面多余的0可以抹掉）

　　按位与运算通常用来对某些位清0，或者保留某些位。比如我们要把n的高16位清0，保留低16位，我们可以进行n&0XFFFF运算（0XFFFF在内存中的存储形式为00000000--00000000--11111111--11111111）。

　　下面笔者对上面的分析进行检验，具体代码如下：

　　#include

　　intmain(){

　　intn=0X8FA6002D;

　　printf("%d,%d,%X\\n",9&5,-9&5,n&0XFFFF);

　　return0;

　　}

　　输出结果：

　　1,5,2D

　　◎按位或运算（|）

　　参与|运算的两个二进制位有一个为1时结果就为1，两个都为0时结果才为0。比如1|1为1，0|0为0，1|0为1，这和逻辑运算中的||非常类似。下面笔者以9|5为例转换成如下的运算：

　　00000000--00000000--00000000--00001001（9在内存中的存储）

　　|00000000--00000000--00000000--00000101（5在内存中的存储）

　　-----------------------------------------------------------------------------------

　　00000000--00000000--00000000--00001101（13在内存中的存储）

　　在这里我们得到的9|5的结果为13。同理我们可以将-9|5转换成如下的运算：

　　11111111--11111111--11111111--11110111（-9在内存中的存储）

　　|00000000--00000000--00000000--00000101（5在内存中的存储）

　　-----------------------------------------------------------------------------------

　　11111111--11111111--11111111--11110111（-9在内存中的存储）

　　得到的-9|5的结果是-9。按位或运算可以用来将某些位置1，或者保留某些位。比如要把n的高16位置1，保留低16位，我们可以进行n|0XFFFF0000运算（0XFFFF0000在内存中的存储形式为11111111--11111111--00000000--00000000）。

　　下面笔者对上面的分析进行校验，具体代码如下：

　　#include

　　intmain(){

　　intn=0X2D;

　　printf("%d,%d,%X\\n",9|5,-9|5,n|0XFFFF0000);

　　return0;

　　}

　　输出结果：

　　13,-9,FFFF002D

　　◎按位异或运算（^）

　　参与^运算两个二进制位不同时，结果为1，相同时结果为0。比如0^1为1，0^0为0，1^1为0。下面笔者以9|5为例转换成如下的运算：

　　00000000--00000000--00000000--00001001（9在内存中的存储）

　　^00000000--00000000--00000000--00000101（5在内存中的存储）

　　-----------------------------------------------------------------------------------

　　00000000--00000000--00000000--00001100（12在内存中的存储）

　　我们得到的9|5的结果为12。同理-9|5可以转换成如下的运算：

　　11111111--11111111--11111111--11110111（-9在内存中的存储）

　　^00000000--00000000--00000000--00000101（5在内存中的存储）

　　-----------------------------------------------------------------------------------

　　11111111--11111111--11111111--11110010（-1在内存中的存储）

　　得到的-9|5的结果是-14。按位异或运算可以用来将某些二进制位反转。比如要把n的高16位反转，保留低16位，可以进行n^0XFFFF0000运算（0XFFFF0000在内存中的存储形式为11111111--11111111--00000000--00000000）。

　　下面笔者对上面的分析进行校验，具体代码如下：

　　#include

　　intmain(){

　　unsignedn=0X0A07002D;

　　printf("%d,%d,%X\\n",9^5,-9^5,n^0XFFFF0000);

　　return0;

　　}

　　输出结果：

　　12,-14,F5F8002D

　　◎取反运算（~）

　　取反运算符~为单目运算符，右结合性，作用是对参与运算的二进制位取反。比如~1为0，~0为1，这和逻辑运算中的!非常类似。下面笔者以~9为例转换为如下的运算：

　　~00000000--00000000--00000000--00001001（9在内存中的存储）

　　-----------------------------------------------------------------------------------

　　11111111--11111111--11111111--11110110（-10在内存中的存储）

　　所以得到的~9的结果为-10。同理~-9可以转换为如下的运算：

　　~11111111--11111111--11111111--11110111（-9在内存中的存储）

　　-----------------------------------------------------------------------------------

　　00000000--00000000--00000000--00001000（9在内存中的存储）

　　所以得到的~-9的结果为8。

　　下面笔者对上面的分析进行校验，具体代码如下：

　　#include

　　intmain(){

　　printf("%d,%d\\n",~9,~-9);

　　return0;

　　}

　　输出结果：

　　-10,8

　　◎左移运算（<<）

　　左移运算符<<用来把操作数的各个二进制位全部左移若干位，高位丢弃，低位补0。下面笔者以9<<3为例转换为如下的运算：

　　<<00000000--00000000--00000000--00001001（9在内存中的存储）

　　-----------------------------------------------------------------------------------

　　00000000--00000000--00000000--01001000（72在内存中的存储）

　　所以得到的9<<3的结果为72。同理(-9)<<3可以转换为如下的运算：

　　<<11111111--11111111--11111111--11110111（-9在内存中的存储）

　　-----------------------------------------------------------------------------------

　　11111111--11111111--11111111--10111000（-72在内存中的存储）

　　所以得到的(-9)<<3的结果为-72。如果数据较小，被丢弃的高位不包含1，那么左移n位相当于乘以2的n次方。

　　下面笔者对上面的结果进行校验，具体代码如下：

　　#include

　　intmain(){

　　printf("%d,%d\\n",9<<3,(-9)<<3);

　　return0;

　　}

　　输出结果：

　　72,-72

　　◎右移运算（>>）

　　右移运算符>>用来把操作数的各个二进制位全部右移若干位，低位丢弃，高位补0或1。如果数据的最高位是0，那么就补0；如果最高位是1，那么就补1。下面笔者以9>>3为例转换为如下的运算：

　　>>00000000--00000000--00000000--00001001（9在内存中的存储）

　　-----------------------------------------------------------------------------------

　　00000000--00000000--00000000--00000001（1在内存中的存储）

　　所以得到的9>>3的结果为1。同理(-9)>>3可以转换为如下的运算：

　　>>11111111--11111111--11111111--11110111（-9在内存中的存储）

　　-----------------------------------------------------------------------------------

　　11111111--11111111--11111111--11111110（-2在内存中的存储）

　　所以得到的(-9)>>3的结果为-2。如果被丢弃的低位不包含1，那么右移n位相当于除以2的n次方（但被移除的位中经常会包含1）。

　　下面笔者对上面的结果进行校验，具体代码如下：

　　#include

　　intmain(){

　　printf("%d,%d\\n",9>>3,(-9)>>3);

　　return0;

　　}

　　输出结果：

　　1,-2

　　本次简单分析C语言位运算的讲解到此就暂告一段落，如果以后有什么内容继续进行补充或者修改的话，笔者会在此继续进行补充或者修改的工作，同时也欢迎大家对本次的讲解提出自己的建议和补充。最后笔者希望本次的讲解对大家学习C语言能够起到一定的帮助作用！