C語言位運算
導語：C語言的設計目標是提供一種能以簡易的方式編譯、處理低級存儲器、產生少量的機器碼以及不需要任何運行環境支持便能運行的編程語言。下面我們來看看C語言位運算，希望對大家有所幫助。
C語言位運算。所謂位運算，就是對一個比特(Bit)位進行操作。比特(Bit)是一個電子元器件，8個比特構成一個字節(Byte)，它已經是粒度最小的可操作單元了。
C語言提供了六種位運算符：
按位與運算(&)
一個比特(Bit)位只有 0 和 1 兩個取值，只有參與&運算的兩個位都為 1 時，結果才為 1，否則為 0。例如1&1為 1，0&0為 0，1&0也為 0，這和邏輯運算符&&非常類似。
C語言中不能直接使用二進制，&兩邊的操作數可以是十進制、八進制、十六進制，它們在內存中最終都是以二進制形式存儲，&就是對這些內存中的二進制位進行運算。其他的位運算符也是相同的道理。
例如，9 & 5可以轉換成如下的運算：
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 (9 在內存中的存儲)
& 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 (5 在內存中的存儲)
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0001 (1 在內存中的存儲)
也就是說，按位與運算會對參與運算的兩個數的所有二進制位進行&運算，9 & 5的結果為 1。
又如，-9 & 5可以轉換成如下的運算：
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 (-9 在內存中的存儲)
& 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 (5 在內存中的存儲)
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 (5 在內存中的存儲)
-9 & 5的結果是 5。
關于正數和負數在內存中的存儲形式，我們已在教程《整數在內存中是如何存儲的》中進行了講解。
再強調一遍，&是根據內存中的二進制位進行運算的，而不是數據的二進制形式;其他位運算符也一樣。以-9&5為例，-9 的在內存中的存儲和 -9 的二進制形式截然不同：
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 (-9 在內存中的存儲)
-0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 (-9 的二進制形式，前面多余的 0 可以抹掉)
按位與運算通常用來對某些位清 0，或者保留某些位。例如要把 n 的高 16 位清 0 ，保留低 16 位，可以進行n & 0XFFFF運算(0XFFFF 在內存中的存儲形式為 0000 0000 -- 0000 0000 -- 1111 1111 -- 1111 1111)。
【實例】對上面的分析進行檢驗。
00001. #include
00002.
00003. int main(){
00004. int n = 0X8FA6002D;
00005. printf("%d, %d, %X ", 9 & 5, -9 & 5, n & 0XFFFF);
00006. return 0;
00007. }
運行結果：
1, 5, 2D
按位或運算(|)
參與|運算的兩個二進制位有一個為 1 時，結果就為 1，兩個都為 0 時結果才為 0。例如1|1為1，0|0為0，1|0為1，這和邏輯運算中的||非常類似。
例如，9 | 5可以轉換成如下的運算：
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 (9 在內存中的存儲)
| 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 (5 在內存中的存儲)
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1101 (13 在內存中的存儲)
9 | 5的結果為 13。
又如，-9 | 5可以轉換成如下的運算：
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 (-9 在內存中的存儲)
| 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 (5 在內存中的存儲)
-----------------------------------------------------------------------------------
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 (-9 在內存中的存儲)
-9 | 5的結果是 -9。
按位或運算可以用來將某些位置 1，或者保留某些位。例如要把 n 的高 16 位置 1，保留低 16 位，可以進行n | 0XFFFF0000運算(0XFFFF0000 在內存中的存儲形式為 1111 1111 -- 1111 1111 -- 0000 0000 -- 0000 0000)。
【實例】對上面的分析進行校驗。
00001. #include
00002.
00003. int main(){
00004. int n = 0X2D;
00005. printf("%d, %d, %X ", 9 | 5, -9 | 5, n | 0XFFFF0000);
00006. return 0;
00007. }
運行結果：
13, -9, FFFF002D
按位異或運算(^)
參與^運算兩個二進制位不同時，結果為 1，相同時結果為 0。例如0^1為1，0^0為0，1^1為0。
例如，9 ^ 5可以轉換成如下的運算：
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 (9 在內存中的存儲)
^ 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 (5 在內存中的存儲)
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1100 (12 在內存中的存儲)
9 ^ 5的結果為 12。
又如，-9 ^ 5可以轉換成如下的運算：
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 (-9 在內存中的存儲)
^ 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 (5 在內存中的存儲)
-----------------------------------------------------------------------------------
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0010 (-14 在內存中的存儲)
-9 ^ 5的結果是 -14。
按位異或運算可以用來將某些二進制位反轉。例如要把 n 的高 16 位反轉，保留低 16 位，可以進行n ^ 0XFFFF0000運算(0XFFFF0000 在內存中的存儲形式為 1111 1111 -- 1111 1111 -- 0000 0000 -- 0000 0000)。
【實例】對上面的分析進行校驗。
00001. #include
00002.
00003. int main(){
00004. unsigned n = 0X0A07002D;
00005. printf("%d, %d, %X ", 9 ^ 5, -9 ^ 5, n ^ 0XFFFF0000);
00006. return 0;
00007. }
運行結果：
12, -14, F5F8002D
取反運算(~)
取反運算符~為單目運算符，右結合性，作用是對參與運算的二進制位取反。例如~1為0，~0為1，這和邏輯運算中的!非常類似。。
例如，~9可以轉換為如下的運算：
~ 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 (9 在內存中的存儲)
-----------------------------------------------------------------------------------
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0110 (-10 在內存中的存儲)
所以~9的結果為 -10。
例如，~-9可以轉換為如下的運算：
~ 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 (-9 在內存中的存儲)
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1000 (9 在內存中的存儲)
所以~-9的結果為 8。
【實例】對上面的分析進行校驗。
00001. #include
00002.
00003. int main(){
00004. printf("%d, %d ", ~9, ~-9 );
00005. return 0;
00006. }
運行結果：
-10, 8
左移運算(<<)
左移運算符<<用來把操作數的各個二進制位全部左移若干位，高位丟棄，低位補0。
例如，9<<3可以轉換為如下的運算：
<< 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 (9 在內存中的存儲)
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0100 1000 (72 在內存中的存儲)
所以9<<3的結果為 72。
又如，(-9)<<3可以轉換為如下的運算：
<< 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 (-9 在內存中的存儲)
-----------------------------------------------------------------------------------
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1011 1000 (-72 在內存中的存儲)
所以(-9)<<3的結果為 -72
如果數據較小，被丟棄的高位不包含 1，那么左移 n 位相當于乘以 2 的 n 次方。
【實例】對上面的結果進行校驗。
00001. #include
00002.
00003. int main(){
00004. printf("%d, %d ", 9<<3, (-9)<<3 );
00005. return 0;
00006. }
運行結果：
72, -72
右移運算(>>)
右移運算符>>用來把操作數的各個二進制位全部右移若干位，低位丟棄，高位補 0 或 1。如果數據的最高位是 0，那么就補 0;如果最高位是 1，那么就補 1。
例如，9>>3可以轉換為如下的運算：
>> 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 (9 在內存中的存儲)
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0001 (1 在內存中的存儲)
所以9>>3的結果為 1。
又如，(-9)>>3可以轉換為如下的運算：
>> 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 (-9 在內存中的存儲)
-----------------------------------------------------------------------------------
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1110 (-2 在內存中的存儲)
所以(-9)>>3的結果為 -2
如果被丟棄的低位不包含 1，那么右移 n 位相當于除以 2 的 n 次方(但被移除的位中經常會包含 1)。
【實例】對上面的結果進行校驗。
00001. #include
00002.
00003. int main(){
00004. printf("%d, %d ", 9>>3, (-9)>>3 );
00005. return 0;
00006. }
運行結果：
1, -2
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