C语言基础知识(四)——位操作

时间:2023-03-08 22:39:49

一、进制基础知识

  1、通常,1字节(Byte)包含8位(bit)。C语言用字节表示储存系统字符集所需的大小。

  2、对于一个1字节8位的二进制数,最右边(第0位)是最低阶位,最左边(第1位)是最高阶位,第几位表示2的指数大小。

  3、1字节(8位)可存储256个值,unsigned char用1字节表示的范围是0-255,signed char用1字节表示的范围是(-128)-(+127)。

  4、每个8进制位对应3个二进制位,每个16进制位对应4个二进制位。

  5、补码反码等与有符号整数有关的部分省略。

二、C操控位工具(2)——按位运算符

  注意:按位运算符操作的位不会改变其它位。

        逻辑运算符的优先级低于算数运算符。

  1、按位逻辑运算符 ~ & | ^

  1.1、二进制按位取反运算符~

     简单来说就是每一位都取相反数,1变成0,0变成1,规则如下:

     (~1) = 0,(~0) = 1

     示例如下:

    ~()    //结果为01100101,每一位都取相反数

  1.2、二进制按位与运算符&

     简单来说全为1则结果为1,不全为1或者全不为1则结果为0,规则如下:

     1 & 1 = 1,1 & 0 = 0, 0 & 0 = 0,结果操作位在运算符左右位置无关

     示例如下:

    () & ()    //结果为00000001,只有最后一位全为1  

  1.3、二进制按位或运算符|

     简单来说就是有1(全为1或者不全为1)则结果为1,全不为1(全为0)则结果为0,规则如下:

     1 | 1 = 1,1 | 0 = 1, 0 | 0 = 0,结果操作位在运算符左右位置无关

     示例如下:

    () | ()    //结果为11111110,只有最后一位全为0

  1.4、二进制按位异或运算符^

     简单来说就是操作位数值相同(全为0或者全为1)为0,相反(一个0一个1)为1,规则如下:

     1 ^ 1 = 0,1 ^ 0 = 1, 0 ^ 0 = 0,结果操作位在运算符左右位置无关

     示例如下:

   () ^ ()    //结果为11111100,最第为全为0,第二位全为1,其它位均相反

  1.5、应用

    根据按位逻辑运算符可进行 打开位(设置位)关闭位(清空位)切换位检查位的值等操作。

  2、移位运算符

     注意:移位运算符向左或者向右移位,被移出的位直接丢弃,移进的位补0。

  2.1、左移运算符<<

    示例如下:   

     ()  <<      //结果为00101000

  2.2、右移运算符>>

    示例如下:

     ()  >>     //结果为00100010

  2.3、应用

      针对2的幂可快速进行有效的乘法和除法,类似十进制中移动小数点来乘以或除以10,如下所示:

    number << n        //表示number乘以2的n次幂
    number >> n //若number非负,则用number除以2的n次幂

三、C操控位工具(2)——位字段

  1、位字段简介

        位字段是一个signed int或者unsigned int类型变量中的一组相邻的位,需通过一个结构体声明来建立,该结构为每个字段提供标签,并确定该字段的宽度。如下所示:

  /* 定义一个包含4个成员变量的结构体prnt,每个成员的位宽为1 */  
  struct{
  unsigned int autfd : ;
  unsigned int bldfc : ;
  unsigned int undln : ;
  unsigned int itals : ;
  }prnt;
    
  /* 为结构体成员赋值 */
  prnt.itals = ;
  prnt.undln = ;    /* 定义一个包含2个成员变量的结构体prcode,成员变量位宽不一 */  
struct{
unsigned int code1 : ;
unsigned int code2 : ;
}prcode; /* 为结构体成员赋值 */
prcode.code1 = ; /**< code1最大可赋值3 */
prcode.code1 = ; /**< 赋值范围在0-255中均可 */

   变量prnt会prcode被储存在int大小的内存单元中。

  2、声明的总位数超过范围的解决方法

    如果声明的总位数超过一个unsigned int类型的大小,则会用到下一个unsigned int类型的存储位置。一个字段不允许跨越两个unsigned int之间的边界。编译器会自动移动跨界的字段,保持

unsigned int的边界对齐。一旦发生这种情况,第一个unsigned int 中会保留一个未命名的"洞",可用此未命名的洞来填充超过的位数。如下所示:

  struct{
  unsigned int field1 : ;
  unsigned int : ; /**< 填补field1的"洞" */
  unsigned int field2 : ;
  unsigned int : ; /**< 填补field2的"洞" */
unsigned int field3 : ; /**< 填补field3的"洞"并未给出 */
  }stuff;

  位字段在unsigned int中存储的位置根据机器而定,有些从右往左顺序存储,有些则从左往右,由于这些原因位字段通常都不容易移植。