C语言程序设计_12

第十二章位运算概述位运算符位运算举例概述Ｃ语言是为描述系统而设计的，因此它应当具有汇编语言所能完成的一些功能。Ｃ语言既具有高级语言的特点，又具有低级语言的功能，因而具有广泛的用途和很强的生命力。前面介绍的指针运算和本章将介绍的位运算就很适合于编写系统软件的需要。所谓位运算是指进行二进制位的运算。在系统软件中，常要处理二进位的问题。例如，将一个存储单元中的各二进位左移或右移一位，两个数按位相加等。ｃ语言提供位运算的功能，与其它高级语言（如PASCAL）相比，它显然具有很大的优越性。前面我们介绍了有关位的知识,这一部分对对二进制运算能有较好的理解，请复习位运算符表12.1运算符含义&按位与|按位或^按位异或~取反左移右移说明：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。参加运算的两个运算量，如果两个相应的位都为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；例如：３＆５并不等于不等于８，这是按位与。先把３和５以补码表示，再进行按位与运算。３的补码:００００００１１5的补码：０００００１０1--------------------------------------＆：０００００００１它是１的补码。因此，３＆５的值得１。一、“按位与”运算符（＆）如果想将一个单元清零，即使其全部二进位为０，只要找一个数，它的补码形式中各位的值符合以下条件：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。按位与特殊的用途：１．清零。如：原有数为００１０１０１１，另找一个数，设它为１００１０１００，它符合以上条件，即在原数为１的位置上，它的位值均为０。将两个数进行＆运算：00101011&10010100------------------00000000０1０００1００)也可以２.取一个数中某些指定位。如一个整数ａ（２个字节），如只想要其中的低字节。只需将ａ与（３７７）8按位与即可----------------------------------a|00101100|10101100|b|00000000|11111111|c|00000000|10101100|-----------------------------------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，如：有一数０1010100,想把其中左面第３、４、５、７.８位保留下来,可以这样01010100(十进制数84)(&)00111011(十进制数59)--------------------------------------------00010000(十进制数16)即ａ=８４，ｂ=５９，ｃ=ａ＆b=１63保留某位00110000(|)00001111--------------------00111111-----把低４位全置１。如果想使一个数a的低４位改为１，只需将a与０1７进行按位或运算可。按位或运算常用来对一个数据的某些位定值为１.如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。二、按位或运算符（|)两个相应位中只要有一个为１，该位的结果值为１。即:０|０＝０；０|１=１；１|0＝１；１|１=１。例如０６０|０１７将八进制数６０与八进制数１７进行按位或运算。即：０＾０=０：０＾ｌ=１；1＾０＝１；１＾１＝０；如：00111001（十进制数5７，八近制数０７１）^00101010(十进制数42,八进制数052)－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－00010011(十进制数19,八进制数023)即０７１＾０5２，结果为０２３（八进制数）。＂异或＂的意思是：判断两个相应的位值是否为“异”，为“异”（值不同）就取真（１），否则为假（０）。三、“异或”运算符（＾），也称ＸＯＲ运算符它的规则是：参加运算的两个相应位同号，则结果为０（假）；异号则为１（真）。可以将它与００００１１１１进行＾运算，即０１１１１０１０＾００００１１１１－－－－－－－－－－－－０１１１０１０１结果值的低４位正好是原数低４位的翻转。要使哪几位翻转就将与其进行＾运算的数中该几位置为１即可。这是因为原数中值为１的位与１进行＾运算得０，原数中的位值０与１进行＾运算的结果得１。应用：（１）使特定位翻转假设有０１１１１０１０，想使其低４位翻转，即：变为０，０变为１。因为原数中的１与０进行＾运算得１，０＾０得０，故保留原数。（２）与０相＾，保留原值如０１２＾００＝０１２00001010^00000000---------------------------00001010（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；～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１，1变０。例如.～０２５是对八进制数２５（即二进制数０００００００００００１０１０１）按位求反。00000000000101011111111111101010即八进制数１７７７５２。因此，～０２５的值为八进制数１７７７５２，不要以为～０２５的值是-０２5。四、“取反”运算符（～）～运算符的应用想使一个数的最低一位为０，若一个整数为１６位，可以用ａ＝ａ＆０１７７７７６１７７７７６即二进制数１１１１１１１１１１１１１１１０，如果ａ的值为八进制数７５，ａ＆０１７７７７６的运算可以表示如下•0000000000111101•(&)1111111111111110•0000000000111100•ａ的最后一个二进位变成０。若将Ｃ源程序移植到以３２位存放一个整数的计算机系统上呢?由于一个整数用４个字节（３２位表示），想将最后一位变成０就不能用ａ＆０１７７７７６了。为了适应以３２位存放一个整数的计算机系统，应改用ａ＆０３７７７７７７７７７６这样改动使移植性差了，可以改用ａ＝ａ＆～１它对以１６位和以３２位存放一个整数的情况都适用，不必作修改。因为在以２个字节存储一个整数时用来将一个数的各二进位全部左移若干位。例如ａ＝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，即十进制数６０。•五、左移运算符（＜＜）高位左移后溢出，舍弃不起作用。左移１位相当于该数乘以２，左移２位相当于该数乘以４。上面举的例子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。例如，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。可以看出,a=６４左移１位时相当于乘２，左移2位后，值等于0。左移比乘法运算快得多，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２n的幂运算处理为左移ｎ位。ａ＞＞２表示将a的各二进位右移２位。移到右端的低位被舍弃，对无符号数，高位补０。如ａ=０１７时：ａ为00001111,a2为00000011:11此二位舍弃右移一位相当于除以２，右移ｎ位相当于除以２n。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，如同上例表示的那样。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，有的移入１。移入0称为“逻辑右移”，即简单右移。移入1的称为“算术右移”。例如，ａ的值为八进制数１１３７５５。•六、右移运算符（＞＞）ａ：１００１０１１１１１１０１１０１ａ1:０１００１０１１１１１１０１１０（逻辑右移时）ａ1:１１００１０１１１１１１０１１０（算术右移时）在有些系统上，ａ＞＞1得八进制数０４５７６６，而在另一些系统上可能得到的是１４５７６６。ＴurboC和其它一些Ｃ编译采用的是算术位移，即对有符号数右移时，左面移入高位的是１七、位运算符与赋值运算符结合可以组成扩展的赋值运算符如：＆=，|=，＞=，＜=，^=例如，ａ＆=６相当于ａ＝ａ＆b。ａ＜=２相当于：ａ＝ａ＜＜２。八、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（如ａ＆b而ａ为１oｎg型，b为ｉｎt型），系统会将二者按右端对齐。如果b为正数，则有左侧1６位补满０。若b为负，左端应补满１。如果b为无符号整数型，则左侧添满０［例］取一个整数ａ从右端开始的４～７位可以这样考虑：1.先使ａ右移４位。目的是使要取出的那几位移到最右端。右移到右端可以用下面方法实现：a(7–4+1),即a42.设置一个低4位全为0的数。•位运算举例可用下面方法实现。～（～０＜＜４）即将一个全１的数左移４位，这样右端低４位为０。见下面所示：０：００００……００００００～０：１１１１……1１１１１１～０＜＜４:１１１１……１１０００0~（～０＜＜４):００００……００１１１１③将上面二者进行＆运算。即：ａ＞＞４＆～（～０＜＜４）根据上一节介绍的方法，与低４位为１的数进行＆运算，就能将这n位保留下来。程序如下：ｍａｉｎ（）｛ｕｎｓｉｇｎｅｄａ，b，ｃ，ｄ；ｓｃａｎｆ（”％ｏn”,&ａ）;b=ａ＞4c=～（～０＜＜４）；ｄ=ｂ＆cｐｒｉｎtｆ（”％ｏ\n％ｏ＼n”，a,ｄ）；}运行情况如下：３３１３３１(ａ的值）１５（ｄ的值）ａ的二进制数为１1０11００１，最后得到的结果为0０００11０1，即八进制数１５。可以任意指定从右面第ｍ位开始取其右面ｎ位。只需将程序中的”b=ａ＞＞４”改成“ｂ=＞＞（ｍ-ｎ＋１）”,以及将”c=～（～０＜＜４）”改成”c=～（～０＜＜n）”即可。①将ａ的右端ｎ位先放到b中的高ｎ位中。可以用下面语句实现：ｂ=ａ＜＜（１６-n）；②将ａ右移ｎ位，其左面高位ｎ位补０。可以用下面语句实现：ｃ=ａ＞＞ｎ；③将ｃ与b进行按位或运算。即c=ｃ|b;程序如下：ｍａｉｎ（）｛ｕｎｓｉgｎｅｄａ，b，ｃ;intｎ；［例１１.2］循环移位。要求将ａ进行右循环移位。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。今假设用两个字节存放一个整数。ｓｃａｎｆ（”a=％o，ｎ=％ｄ”，＆ａ，＆ｎ）；b＝ａ＜＜（１６-n）；ｃ=ａ＞＞n;ｃ=c|b;ｐｒｉｎtｆ（”％ｏ＼ｎ％０”，ａ，ｃ）；}运行情况如下：ａ=１５７６５３，ｎ=３１５７６５３75７６５有时存储一个信息不必用一个或多个字节，可以在一个字节中放几个信息。例如，”真”或”假”用０或１表示，只需1位即可。例位段所谓位段是以位为单位定义长度的结构体类型中的成员。例如：structpacked--data{unsigneda:2;unsignedb:6;unsignedc:4;unsignedd:4;intI}data;其中ａ,b,ｃ、d,分别占２位、６位、人为地在一个字节中设几项。例如：ａ、b、ｃ、ｄ分别占２位、６位、４位、４位。其中ａ、b.ｃ共占９位，占１个字节多，不到２个字节。它的后面为int型，占２个字节，在ａ、b.ｃ之后的７位空闲，ｉ从另一字节开头起存放。注意，在存储单元中位段的空间分配方向，因机器而异。对位段中的数据引用的方法。如：data.a=2;data.b=7;data.c=9；注意位段允许的最大值范围。如果写data.a=8就错了。因为它只占２位，最大值为３。在此情况下，自动取赋予它的数的低位。例如，８的二进制数形式为１０００，而data.a只有２位，取1000的低2位，data.a得值０。关于位段的定义和引用，有几点要说明：１．若某一位段要从另一个字开始存放。可以用以下形式定义：unsigneda:1;一个存储单元unsignedb:2;unsigned:0;unsignedc:3;（另一单元）本来ａ、b