c语言位运算详解

关于位段数据，注意以下几点： (1)一个位段必须存储在同一存储单元(即字)之中，不能跨两 个单元。如果其单元空间不够，则剩余空间不用，从下一个 单元起存放该位段。 (2)可以通过定义长度为0的位段的方式使下一位段从下一存 储单元开始。 (3)可以定义无名位段。 (4)位段的长度不能大于存储单元的长度。
右移3位 00 00 1 1 1 1 00 00 0 0 1 1
图11.2 15右移3位得到1
右移1位相当于该数除以2，右移n位相当于该数除以2 n ， 因此，将15右移3位，相当于15/2 3 = 1(C语言规定整数相 除商为整数)。
右移时应注意符号问题。对于无符号数，右移时左端补0。 对于有符号数，若符号位为0（该数为正），则右移时左端 补0，同无符号数的处理。若符号位为1（该数为负），则右 移时左端是补0还是补1，取决于所用的计算机系统。有的系 统左端补0，称逻辑右移；左端补1，称算术右移。显然，两 种方式所得的结果是不一样的。Turbo C采用的是算术右移。
(右移4位，使要取出的位移到最右端。如图11. 3所示
15
7
4
0
15
3
0
图11. 3 两个字节的无符号数右移4位
(2)根据提取指定位的方法，和0000000000001111（十六 进制数0x000F）进行位与运算，程序如下：
# include <stdio. h> main( ) { unsigned a , b ;
程序运行结果如下：
请输入16进制整数:2fe1
循环左移4个二进制位得:fel2
5 = 00000101 ( | ) 9 = 00001001 00001101
(3) ∧(按位“异或”) 运算规则为： 0∧0=0，0∧1=1，1∧0=1，l∧1=0 (即当两者取值相异 时为真) 例如，-5∧3的值为-8，运算过程如下： -5 = 111l 1011 (∧) 3 = 00000011
(1)取出16进制整数x的最高4个二进制位至y：y=x＞＞(164)&0xf。 (2)将该整数x(占2字节)左移4个二进制位：x=(x＜＜4)&0xffff。
(3)将先前取出的最高4个二进制位放入低4个二进制位： x=x|y。
程序如下：
#include <stdio.h> main( ) { int x,y; printf(”\n请输入16进制整数:”); scanf(”%x”,&x); y=x>>(16-4)&0xf; x=(x<<4)&0xffff;/*16位的C语言程序不需要″按位与″0xffff*/ x=x|y; printf(”循环左移4个二进制位得:%x”,x); }
说明：
(1)运算量只能是整型或字符型的数据。 (2)运算符中除位反(～)外，均为二目运算符， 即要求两侧各有一个运算量。
2. 位运算 (1)&(按位“与”) 运算规则为： 0&0=0，0&1=0，1&0=0，1&1=l (即只有当两者都为真时 才为真) 例如，5&9的值为1，运算过程如下： 5 = 111l 1011 (&) 9 = 00001001 00000001
例如，-5&3的值为3，此时要把-5写成补码的形式， 其补码为111l1011，运算过程如下： -5 = 111l 1011 (&) 3 = 00000011 00000011
(2)|(按位“或”)
运算规则为： 0|0=0，0|l=l，1|0=l，l|l=l (即只要有一个为真其结果为真)
例如，5|9的值为13，运算过程如下：
§11.1
位运算符与位运算
位是指二进制数的一位，其值为0或1。位段 以位为单位定义结构体(或共用体)中成员所占存 储空间的长度。含有位段的结构体类型称为位段 结构。
1.示。
运算符 & | ∧
含义 按位与 按位或 按位异或
运算符 ～ ＜＜ ＞＞
含义 取反 左移 右移
11111000
(4)～(按位“取反”) 运算规则为： ～0=l，～l=0 (取相反的值) 例如，～7的值为-8，运算过程如下：
(～) 7 = 00000111 11111000
(5)＜＜(“左移”) 用来将一个数的各二进位全部左移若干位，右边空缺位补0。
例如，将3左移2位，结果为12。如图11.1:
(5)位段无地址，不能对位段进行取地址运算。
(6)位段可以以％d，％o，％x格式输出。 (7)位段若出现在表达式中，将被系统自动转换成整数。
例11.3 试编一个程序，将一个16进制整数(占2字节)的各位循 环左移4个二进制位，如2fel循环左移4个二进制位后为fe12。
可先取出16进制整数的最高4个二进制位，然后将该整数左移4 个二进制位，最后将先前取出的最高4个二进制位放入低4个二 进制位位置。具体步骤为：
左移2位
0 0 0 0 0 0 1 1
0 0 0 0 1 1 0 0
图11.1 3左移两位得到12
左移1位相当于该数乘以2，左移n位相当于该数乘以2 n。 因此，将3左移2位，相当于3乘以4。
(6)＞＞(“右移”) 用来将一个数的各二进位全部右移若干位。移去右端的位 被舍弃，若为无符号数，左端补0。例如，将15右移3位， 结果为1。如图11.2
scanf (”%u” , & a ) ;
b=a >> 4 ; b=b & 0x000F; printf (” \na=%u b=%u ”, a , b ) ; } 运行情况如下： 115
a=115,b=7
例11. 2 循环移位。要求将一个无符号数进行左循环移位。 如图11. 4所示。将a左移1位，并将移出位补到右端，输入 ′e ′结束。
if ( flag )
a=a | 0x0001 ; }
printf (” \na=%u ” , a ) ;
}
运行情况如下：
135 e
a=270
§11.3
位段结构
位段结构也是一种结构体类型，只不过其中含有以位为 单位定义存储长度的整数类型位段成员。在某些应用中， 特别是对硬件端口的操作，需要标志某些端口的状态或特 征。而这些状态或特征只需要一个机器字中的一位或连续 若干位来表示。采用位段结构既节省存储空间，又可方便 操作。
（4）重复以上步骤，直到有键按下。程序如下：
# include <stdio. h> main( ) { unsigned a ; int flag ; scanf (”%u” , & a ) ; while (getchar( ) !=’ e ’ )
{
flag=a & 0x8000 ; a=a<<1 ;
对16位的Turbo C2.0而言，data变量的内存分配示意图见 图11.5。
位段a
2位
无位段
名 6位
未用
8位
位段b
10位
未用
6位
成员i
16位
低地址
高地址
图11.5 data变量的内存分配示意图
应该注意的是，16位的Turbo C 2.0的字边界在2 倍字节处，其他的C语言的字边界可能在若干倍字 节处(如VisualC++6.0在4倍字节处)。位段数据的引 用，同结构体成员中的数据引用一样，但应注意位 段的最大取值范围不要超出二进制位数确定的范围， 否则超出部分会丢弃。
图11. 4 无符号数左循环移位
说明：此题很有实用意义。公共场合（如车站）发布信息 的显示屏上滚动显示的信息，就是通过对显示缓冲区做类 似处理来实现的。
解题步骤： （1）提取最高位。 （2）根据最高位为0还是1，设置标志变量为0或非0。
（3）根据标志变量的值，给最低位置0（左移时右端补0， 此步可省略）或置1。
位段结构中位段的定义格式为： unsigned <成员名>：<二进制位数> 例如： struct bytedata { unsigneda:2; unsigned:6; /*位段a，占2位*/ /*无名位段，占6位，但不能访问*/
unsigned:0;/*无名位段，占0位，表示下一位段从下一字边界开始 unsignedb:10; int i; }data; /*位段b，占10位*/ /*成员i，从下一字边界开始*/
例如：
a： a＞＞3 1111111111101111（补码，其十进制数是-17） 0001111111111101（逻辑右移，高位补0）
a＞＞3
1111111111111101（算术右移，其十进制数是-3）
§11.2
程序举例
例11. 1 取一个无符号数的4 ～ 7位。设无符号数用2个1) 字节存储。 解题思路：