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第十二章主要内容12.1位运算符和位运算12.2位运算举例12.3位段概念位运算是指按二进制位进行的运算。因为在系统软件中，常要处理二进制位的问题。例如：将一个存储单元中的各二进制位左移或右移一位，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（如PASCAL）相比，具有很大的优越性。44§12.1位运算符和位运算运算符含义运算符含义＆按位与～取反|按位或左移∧按位异或右移(1)位运算符中除～以外，均为二目（元）运算符，即要求两侧各有一个运算量。(2)运算量只能是整型或字符型的数据，不能为实型数据。Ｃ语言提供的位运算符有：说明：5512.1.1“按位与”运算符（＆）按位与是指：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＆０＝０，１＆１＝１例：３＆５并不等于８，应该是按位与运算：注意：如果参加&运算的是负数（如-3&-5），则要以补码形式表示为二进制数，然后再按位进行“与”运算。00000011(3)&00000101(5)00000001(1)3&5的值得１66按位与的用途：若想对一个存储单元清零，即使其全部二进制位为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的位，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。(1)清零例：原有数为００１０１０１１，另找一个数，设它为１００１０１００，这样在原数为１的位置上，该数的相应位值均为０。将这两个数进行＆运算：00101011&100101000000000077(2)取一个数中某些指定位如有一个整数ａ（２个字节），想要取其中的低字节，只需将ａ与8个1按位与即可。0010110010101100abc0000000011111111000000001010110088(3)保留一位的方法：与一个数进行＆运算，此数在该位取１。即：a=84,b=59c=a&b=16例：有一数０１０１０１００，想把其中左面第３、４、５、７、８位保留下来，运算如下：01010100(84)&00111011(59)00010000(16)9912.1.2“按位或”运算符（|）两个相应的二进制位中只要有一个为１，该位的结果值为１。即０|０＝０，０|１＝１，１|０＝１，１|１＝１例：060|017,将八进制数60与八进制数17进行按位或运算。00110000|00001111001111111010应用：按位或运算常用来对一个数据的某些位定值为１。例如：如果想使一个数ａ的低４位改为１，只需将ａ与０１７进行按位或运算即可。例：ａ是一个整数（１６位），有表达式：ａ|０３７７则低８位全置为１，高８位保留原样。111112.1.3“异或”运算符（∧）异或运算符∧也称XOR运算符。它的规则是：若参加运算的两个二进制位同号则结果为０（假）异号则结果为１（真）即:0∧0=0，0∧1=1，1∧0=1，1∧1=0即:071∧052=023（八进制数）00111001∧0010101000010011例：1212（１）使特定位翻转设有０１１１１０１０，想使其低４位翻转，即１变为０，０变为１。可以将它与００００１１１１进行∧运算，即：∧运算符应用：01111010∧0000111101110101运算结果的低４位正好是原数低４位的翻转。可见，要使哪几位翻转就将与其进行∧运算的该几位置为１即可。1313因为原数中的１与０进行∧运算得１，０∧０得０，故保留原数。例如：012∧00=012（２）与０相∧，保留原值00001010∧00000000000010101414（３）交换两个值，不用临时变量例如：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;ａ＝０１１（∧）ｂ＝１００ａ＝１１１（a∧b的结果，a已变成７）（∧）ｂ＝１００ｂ＝０１１（b∧a的结果，b已变成３）（∧）ａ＝１１１ａ＝１００（a∧b的结果，a已变成４）1515①执行前两个赋值语句：“ａ＝ａ∧ｂ；”和“ｂ＝ｂ∧ａ；”相当于b=b∧(a∧b)。②再执行第三个赋值语句：ａ＝ａ∧ｂ。由于a的值等于（ａ∧ｂ），b的值等于（ｂ∧ａ∧ｂ），因此，相当于a=ａ∧ｂ∧ｂ∧ａ∧ｂ，即a的值等于ａ∧ａ∧ｂ∧ｂ∧ｂ，等于ｂ。ａ得到ｂ原来的值。即等效于以下两步：161612.1.4“取反”运算符（～）～是一个单目（元）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。例如，～０２５是对八进制数２５（即二进制数０００１０１０１）按位求反。0000000000010101（～）1111111111101010(八进制数177752)1717L6L71818L8L9191912.1.5左移运算符（＜＜）左移运算符是用来将一个数的各二进制位全部左移若干位。例如：a=2将ａ的二进制数左移２位，右补０。若ａ＝１５，即二进制数００００１１１１，左移２位得００１１１１００，(十进制数６０)高位左移后溢出，舍弃。202012.1.5左移运算符（＜＜）左移１位相当于该数乘以２，左移２位相当于该数乘以22＝４,15＜＜2=60，即乘了４。但此结论只适用于该数左移时被溢出舍弃的高位中不包含１的情况。假设以一个字节（８位）存一个整数，若ａ为无符号整型变量，则ａ＝６４时，左移一位时溢出的是０，而左移２位时，溢出的高位中包含１。212112.1.6右移运算符()右移运算符是a2表示将a的各二进制位右移2位，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，舍弃低2位11：a2=00000011右移一位相当于除以2右移n位相当于除以2n。2222在右移时,需要注意符号位问题：对无符号数,右移时左边高位移入0；对于有符号的值,如果原来符号位为0(该数为正),则左边也是移入0。如果符号位原来为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。有的系统移入0,有的系统移入1。移入0的称为“逻辑右移”,即简单右移；移入1的称为“算术右移”。2323例：a的值是八进制数113755：a:1001011111101101（用二进制形式表示）a1:0100101111110110(逻辑右移时)a1:1100101111110110(算术右移时)在有些系统中,a1得八进制数045766,而在另一些系统上可能得到的是145766。TurboC和其他一些C编译采用的是算术右移,即对有符号数右移时,如果符号位原来为1，左面移入高位的是1。242412.1.7位运算赋值运算符位运算符与赋值运算符可以组成复合赋值运算符。例如:&=,|=,=,=,∧=例：a&=b相当于a=a&ba=2相当于a=a2252512.1.8不同长度的数据进行位运算如果两个数据长度不同(例如long型和int型)，进行位运算时(如a&b,而a为long型,b为int型),系统会将二者按右端对齐。如果b为正数,则左侧16位补满0；若b为负数,左端应补满1；如果b为无符号整数型,则左侧添满0。2626§12.2位运算举例例12.1取一个整数a从右端开始的4～7位①先使a右移4位：a4目的是使要取出的那几位移到最右端未右移时的情况右移4位后的情况2727②设置一个低4位全为1,其余全为0的数。~(~04)③将上面①、②进行&运算。(a4)&~(~04)程序如下：#includestdio.hvoidmain()｛unsigneda,b,c,d;scanf(“%o”,&a);b=a4;c=～(～04);d=b&c;printf(“%o,%d\n%o,%d\n”,a,a,d,d);３３１，217（ａ的值）１５，13（ｄ的值）输入ａ的值为八进制数331，其二进制形式为11011001经运算最后得到的d为00001101即八进制数１５，十进制数13。2828例12.2循环移位要求将ａ进行右循环移位将ａ右循环移ｎ位，即将ａ中原来左面（１６－ｎ）位右移ｎ位，原来右端ｎ位移到最左面ｎ位。2929①将ａ的右端ｎ位先放到ｂ中的高ｎ位中，实现语句：ｂ＝ａ＜＜（１６－ｎ）；②将ａ右移ｎ位，其左面高位ｎ位补０，实现语句：ｃ＝ａ＞＞ｎ；③将ｃ与ｂ进行按位或运算，即ｃ＝ｃ|ｂ；步骤：3030程序如下：#includestdio.hvoidmain()｛unsigneda,b,c;intn;scanf(“a=%o,n=%d”,&a,&n);b=a(16-n);c=an;c=c|b;printf(“%o\n%o”,a,c);}运行情况如下：ａ＝１５７６５３，ｎ＝３１５７６５3７５７６５运行开始时输入八进制数157653，即二进制数1101111110101011循环右移３位后得二进制数0111101111110101即八进制数757653131§12.3位段信息的存取一般以字节为单位。实际上，有时存储一个信息不必用一个或多个字节，例如，“真”或“假”用０或１表示，只需１位即可。在计算机用于过程控制、参数检测或数据通信领域时，控制信息往往只占一个字节中的一个或几个二进制位，常常在一个字节中放几个信息。3232(1)可以人为地将一个整型变量data分为几部分。但是用这种方法给一个字节中某几位赋值太麻烦。可以位段结构体的方法。怎样向一个字节中的一个或几个二进制位赋值和改变它的值呢？可以用以下两种方法:（2）位段C语言允许在一个结构体中以位为单位来指定其成员所占内存长度，这种以位为单位的成员称为“位段”或称“位域”(bitfield)。利用位段能够用较少的位数存储数据。3333程序如下：structpacked-data｛unsignedａ：２；unsignedｂ：６；unsignedｃ：４；unsignedｄ：４；intｉ；｝data；3434（1）位段成员的类型必须指定为unsigned或int类型。（2）若某一位段要从另一个字开始存放，可用以下形式定义：unsignedａ：1；unsignedb：２；一个存储单元unsigned：０；unsignedｃ：３；另一存储单元a、b、c应连续存放在一个存储单元中，由于用了长度为０的位段，其作用是使下一个位段从下一个存储单元开始存放。因此，只将a、b存储在一个存储单元中，c另存在下一个单元(“存储单元”可能是一个字节，也可能是2个字节，视不同的编译系统而异)。关于位段的定义和引用的说明：3535(3)一个位段必须存储在同一存储单元中，不能跨两个单元。如果第一个单元空间不能容纳下一个位段，则该空间不用，而从下一个单元起存放该位段。(4)可以定义无名位段。(5)位段的长度不能大于存储单元的长度，也不能定义位段数组。(6)位段可以用整型格式符输出。(7)位段可以在数值表达式中引用，它会被系统自动地转换成整型数。关于位段的定义和引用的说明：