​嵌入式开发C语言的位运算

定义
  • 所谓位运算是指以二进制为对象的运算。在系统软件中,常常要处理二进制的问题,例如,将一个储存单元中的各个二进制左移或者右移一位、两个数按位相加等。C语言提供位运算的功能,与其他高级语言相比,它显然具有很大的优越性
运算符 含义
& 按位与
| 按位或
^ 按位异或
~ 按位取反
<< 左移
>> 右移
1.1 按位与运算

说明

参加运算的两个数据按二进制位进行“与”运算,如果两个相应的二进制位都为1,则该位的结果值为1;否则为0.即

0 & 0 = 0 ,0 & 1 =0,1 & 1 = 0,1 & 1 = 1.例如,7 & 5 并不是等于12,应该是进行"按位与操作"       0 0 0 0 0 1 1 1 (7)(&)  0 0 0 0 0 1 0 1 (5)----------------------       0 0 0 0 0 1 0 1 (5)

因此,7 & 5的值为5。如果参加”&“运算的是负数(如 -7 & -5),则以补码的形式表示为二进制数,然后按位进行”与“操作

注意,&&是逻辑与运算符,7&&5的值为1因为非0的数值按”真“处理,逻辑与的结果是”真“,以1表示。而&是按位与,7&5的结果是5.

按位与的一些特殊用途

(1)清零。

如果想将一个单元清零,即使其全部二进制数为0,只要找一个二进制数,其中各个位符合以下条件:原来的数中为1的数,新数中相应位为0。然后使二者进行&运算,即可达到清零目的。

例如,原有数为00101011,另外一个数,设他为10010100
          0 0 1 0 1 0 1 1 (&)     1 0 0 1 0 1 0 0 ----------------------          0 0 0 0 0 0 0 0

(2)取一个数中某些指定位

如有一个整数a,想要其中的低字节。只需将a与 八进制(377)按位与即可,如

a:    10 10 11 00b:    11 11 11 11------------------c:    10 10 11 00

(3)要想将哪一位保留下来,就与一个数进行&运算,此数在该位取1.例如,有一个数01010100,想要其中左边第3,4,5,7,8位保留下来,可以这么运算:

        0 1 0 1 0 1 0 0   (&)   0 0 1 1 1 0 1 1-----------------------        0 0 0 1 0 0 0 0 
  可以看到得到的结果的数为(16)  其中第3,4,5,7,8位就是01010100的第3,4,5,7,8位  其他位为0。
1.2 按位或运算

按位或运算的规则是:两个对应的二进制位中只要有一个位1,改位的结果值为1.即例如:

       0 0 1 1 0 0 0 0 (|)  0 0 0 0 1 1 1 1-------------------------       0 0 1 1 1 1 1 1

低四位全为1.如果想使一个数a的低四位改为1,只须将a与017进行按位与或运算即可。

按位或运算常用来对一个数据的某些位定值为1,例如,a是一个整数,有表达式:a|0377,则低八位全置为1,高八位保留原样。

1.3 异或运算

异或运算符”^”也称为XOR运算符。它的规则是:若参加运算的两个二进制位异号,则得到1(真),若同号,则结果为0(假)。即

       0 0 1 1 1 0 0 1 (^)  0 0 1 0 1 0 1 0-------------------------       0 0 0 1 0 0 1 1

下面举例说明异或运算符的应用。

(1)使特定位翻转。

假设有 0111010,想使其第四位翻转,即1变为0,0变为1.可以将它与00001111进行异或(^)运算,即:

       0 1 1 1 1 0 1 0(^)  0 0 0 0 1 1 1 1-------------------------      0 1 1 1 0 1 0 1
结果中的第四位正好是原数第四位的翻转。要使哪几位翻转就将与其进行^运算的数在该几位置为1(其他位0)即可。

(2)与0向^,保留原值

例如:012 ^ 0 0= 012

       0 0 0 0 1 0 1 0(^)  0 0 0 0 0 0 0 0-------------------------       0 0 0 0 1 0 1 0
因为原数中的1与0进行^运算得到1,0^0得0,故保留原数。

(3)交换两个值,不用临时变量

假如a=3,b=4.想将a和b 的值互换,可以用以下赋值语句实现:

a = a ^ b;b = b ^ a;a = a ^ b;
即:     a= 0 1 1(^)  b= 1 0 0--------------     a= 1 1 1(^)  b= 1 0 0-------------     b= 0 1 1(^)  a= 1 1 1-------------     a= 1 0 0
1.4 取反运算

“~”是一个单目运算符,用来对一个二进制数按位取反,即将0变1,将1变0。

运算符的应用,经常运用在想要某个最低一位为(如寄存器的操作),可以用: a=a& ~1

       0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 (&) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0--------------------------------------       0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0
 即先进行~a操作,然后进行&操作

此外,~ 运算符的优先级比算术运算符、关系运算、逻辑运算符和其他位运算符都高

1.5 左移运算

“<<“用来将一个数的各二进制位全部左移若干位,例如:

将a的二进制数左移2位,右补0.若a=15,即二进制数的00001111,左移2位得00111100,即得到十进制数60.高位左移后溢出,舍弃。

                 0 0 0 0 1 1 1 1(<<2,左移两位)----------------------------------  (溢出舍弃)0 0| 0 0 1 1 1 1 |0 0(右补0)  

左移一位相当于该数乘以2,左移2位相当于该数乘以2²=4,左移比乘法快的多,有些C编译程序自动将乘2的运算用左移一位来实现,将乘2的n次方的幂运算处理为左移n位。

1.6 右移运算

a>>2表示将a的各二进制位右移2为,移到右端的低位被舍弃,对无符号数,高位补0。

例如,a=017时,a的值用二进制形式表示为 00001111。

                 0 0 0 0 1 1 1 1(>>2,右移两位)----------------------------------  (左补0)0 0|0 0 0 1 1 |1 1(此两位舍弃) 
右移一位相当于除以2,右移n位相当于除以2的n次方。

 在右移时,需要注意符号位问题。对无符号位数,右移时左边高位补0;对于有符号位的数,如果原来符号位为0(该数为正),则左边也补0;如果符号位为原来为1(即负数),则左边移入0还是1,要取决于所用的计算机系统。有的补0,有的系统补1。补0的称为”逻辑右移“,即简单右移,不考虑数的符号问题,补1的为 ”算术右移“(保持原有的符号)。

 

1.7 位运算赋值运算符

位运算符与赋值运算符可以组合成复合赋值运算符,如:&=,|=,>>=,<<=,^=等。

例如,a&=b 相当于 a=a&b, a<<=2相当于a=a<<2。

1.8 不同长度的数据进行位运算

如果两个数据长度不同(例如short和int型)进行位运算时(如a&b,而a为short型,b为int型),系统会自动将二者按右端对齐。如果a为正数,则左侧16位补满0;若a为负数,左端应补满1;如果a为无符号整数型,则左侧添满0。

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