C語言位運算符的具體使用

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對於更多緊湊的數據，C 程序可以用獨立的位或多個組合在一起的位來存儲信息。文件訪問許可就是一個常見的應用案例。位運算符允許對一個字節或更大的數據單位中獨立的位做處理：可以清除、設定，或者倒置任何位或多個位。也可以將一個整數的位模式（bit pattern）向右或向左移動。

整數類型的位模式由一隊按位置從右到左編號的位組成，位置編號從 0 開始，這是最低有效位（least significant bit）。例如，考慮字符值’*’，它的 ASCII 編碼為 42，相當於二進制的 101010：
位模式　0　0　1　0　1　0　1　0
位位置　7　6　5　4　3　2　1　0

在本例中，值 101010 被表示成一個 8 位的字節內容，因此前面多兩個 0。

佈爾位運算符

表 1 中列舉的運算符可以對操作數的每個位進行佈爾運算。這種二元運算符把兩個不同操作數內相同位置的位關聯起來。被設定的位（也就是值為 1 的位）被解釋為 true，被清除的位（也就是值為 0 的位）被解釋為 false。

除佈爾運算符 AND、OR 和 NOT 以外，也有位異或運算符（exclusive-OR，XOR）。這些都在表 1 進行瞭列舉。

運算符 意義 示例 對於每個位位置的結果（1=設定，0=清除）
    &     位 AND  x&y  如果 x 和 y 都為 1，則得到 1；如果 x 或 y 任何一個為 0，或都為0，則得到 0
    |     位 OR  x|y  如果 x 或 y 為 1，或都為 1，則得到 1；如果 x 和 y 都為 0，則得到 0
    ^     位 XOR  x^y  如果 x 或 y 的值不同，則得到 1；如果兩個值相同，則得到 0
    ~     位 NOT（I的補碼）  ~x  如果 x 為 0，則得到 1，如果 x 是 1，則得到 0

表1 佈爾位運算符

位運算符的操作數必須是整數類型，並且遵循尋常算術轉換（usualarithmetic conversion）。轉換後獲得的操作數通用類型就是整個計算結果的類型。表 2 展示瞭這些運算符的效果。

表達式（或聲明） 位模式
int a=6; 0···00110
int b=11; 0···01011
a&b 0···00010
a|b 0···01111
a^b 0···01101
~a 1···11001

表2 位運算符的效果

可以將一個整數 a 的特定位清除，做法是將整數 a 和另一個整數進行位 AND 運算，其中，另一個整數在需要清除的位為 0，其他位則為 1，並位 AND 運算，其中，另一個整數在需要清除的位為 0，其他位則為 1，並將 AND 運算的結果賦值給整數 a。

該另一個整數，即位 AND 運算的第二個操作數，被設定為 1 的位置（稱為位掩碼），這些位置經過位 AND 運算，不會改變第一個操作數對應位置的值。例如，一個整數與一個位掩碼 0xFF 進行位 AND 運算後，將保留最低位置的 8 個位，而會清除其他所有位的值： 

a &= OxFF;            // 相當於：a = a & OxFF;

在該示例中，復合賦值運算符 &= 也會執行 & 運算。復合賦值運算符與其他二元位運算符具有類似的執行方式，這裡不再贅述。

位運算符也可以用來生成位掩碼，以供以後的位運算使用。例如，在位模式 0x20 中，隻有位5被設定。因此表達式 ~0x20 會生成一個隻有位 5 沒有被設定的位掩碼： 

a &= ~0x20;             // 清除a中的位5

位掩碼 ~0x20 比 0xFFFFFFDF 更受歡迎，因為它的可移植性更好：結果不會受到機器字大小的影響（同時也更方便人閱讀）。

也可以使用運算符 |（OR）和 ^（XOR）來設定或清除特定位，下面是一個示例： 

int mask = OxC;
a |= mask;              // 設定a的位2和位3
a ^= mask;              // 求反a的位2和位3

第二個轉換使用相同的位掩碼，它會將第一次轉換的結果再反轉一次。換句話說，b^mask^mask 會得到原來 b 的值。這個操作可以用於交換兩個整數的值，而不需要使用第三個臨時變量： 

a ^= b;                  // 等效於 a = a ^ b;
b ^= a;                 // 將a原來的值賦值給b
a ^= b;                 // 將b原來的值賦值給a

本例中的前兩個表達式等同於 b=b^（a^b）或 b=（a^b）^b。其結果等同於 b=a，副作用是 a 的值也被修改瞭，其修改後的值為 a^b。在這時，第三個表達式具有如下副作用 a=（a^b）^a 或 a=b（使用 a 和 b 的原始值）。

移位運算符

移位運算符將左操作數的位模式移動數個位置，至於移動幾個位置，由右操作數指定。它們如表 3 列舉。

運算符 意義 示例 結果
<< 向左移位 x<<y x 的每個位向左移動 y 個位
>> 向右移位 x>>y x 的每個位向右移動 y 個位

表3 移位運算符

移位運算符的操作數必須是整數。在實際移位操作之前，兩個操作數都要進行整數提升（promotion）。右邊操作數不可以為負值，並且必須少於左邊操作數在整數提升之後的位長。如果不符合這些條件，程序運行結果將無法確定。

移位運算結果的類型等於左操作數在整數提升後的類型。下面示例的移位表達式具有 unsigned long 類型。 

unsigned long n = 0xB,     // 位模式： 0 ... 0 0 0 1 0 1 1
         result = 0;
result = n << 2;          //              0 ... 0 1 0 1 1 0 0
result = n >> 2;          //              0 ... 0 0 0 0 0 1 0

在向左移位運算時，右邊多出來的位用 0 來填充。移動超出左邊邊界的位則直接拋棄。向左移動 y 個位置，就等同於將左操作數乘以 2^{y}：如果左操作數 x 是無符號類型，那麼表達式 x<<y 的結果等於表達式 x×2^{y} 的值。因此，在前面的例子，n<<2 的值為 n×4，也就是 44。

在向右位移運算時，如果左操作數是無符號類型，或者左操作數是帶符號類型但為非負值，則左邊多出來的位用 0 來填充。在這種情況下，表達式 x>>y 的結果等效於表達式 x/2^{y} 的值。如果左操作數是負值，那麼由編譯器決定用於填充至左邊多出來的位的內容，可能是 0，也可能是符號位。 

// 函數setBit()
// 設定掩碼m中p位置的位。
// 使用定義在limits.h中的CHAR_BIT，存儲一個字節內的位的數目。
// 返回值： 完成位設定的新掩碼，其中p位置已設定好
//              如果p不是有效的位置，則返回原始掩碼。
unsigned int setBit( unsigned int mask, unsigned int p )
{
  if ( p >= CHAR_BIT * sizeof(int) )
    return mask;
  else
    return mask | (1<<p);
}

移位運算符的優先級比算術運算符的優先級更低，但相對於比較運算符以及其他的位操作運算符，具有更高的優先級。上例表達式 mask|（1<<p）中的括號必要性不大，主要是讓程序代碼更容易閱讀。

到此這篇關於C語言位運算符的具體使用的文章就介紹到這瞭,更多相關C語言位運算符內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

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