C语言中的位操作

目录：
1.前言
2.数值在计算机中的表示
3. 位运算
4.位段



正文：

1.前言

为了节省内存空间，在系统软件中常将多个标志状态简单地组合在一起，存储到一个字节（或字）中。Ｃ语言是为研制系统软件而设计的，所以她提供了实现将标志状态从标志字节中分离出来的位运算功能。

所谓位运算是指，按二进制位进行的运算。



2.数值在计算机中的表示

1) 二进制位与字节

计算机系统的内存储器由许字节的单元组成

1byte=8bit(每位的取值为0/1)

7 6  5  4  3  2  1  0 

上图表示一个字节的编号，最左端位最高位，最右端为最低位


2) 数值的原码表示

原码:
最高位为符号位（0正数，1负数）,其余各位代表数值本身的绝对值（以二进制表示）

PS：约定用1个字节表示1个整数

例：+9 --> 0000 1001

    -9 --> 1000 1001  
                            

3) 数值的反码表示

反码：
正数=原码
负数=符号位不变，其余位取反

例：+9--->0000 1001
    - 9--->1111 0110


4) 数值的补码表示

补码：
正数=原码
负数=符号位不变，其余按位取反，然后整个数加1

例：+9--->0000 1001
    - 9--->1111 0111


5) 数值在计算机中的表示──补码

在计算机系统中，数值一律用补码表示(存储),原因在于：

    * 可以将符号位和其它位统一处理
    * 减法也可按加法来处理。另外，两个用补码表示的数相加时，如果最高位（符号位）有进位，则进位被舍弃.




3.位运算

3.1 位运算及其运算符

Note：(1)x,y和位数等操作数只能为int，char型.(2)仅~为单目运算符，其余均为双目运算符(3)~0间接构造一个全1的数

1) 按位与 ──  &
        (1)格式：x&y
        (2)规则：对应位均为1时才为1，否则为0：3&9=1。
        (3)主要用途：取(或保留)1个数的某(些)位，其余各位置0。

例，3&9=1

           0011
         & 1001  
        ────        
          0001=1 

2)按位或 ── |
        (1)格式：x|y
        (2)规则：对应位均为0时才为0，否则为1：3|9=11。
        (3)主要用途：将1个数的某(些)位置1，其余各位不变。

例，3|9=11

           0011 
        |  1001   
       ────        
         1011=11                                     
      

3)按位异或---^

        (1)格式：x^y

        (2)规则：对应位相同为0，不同为1：3^9=10。

        (3)主要用途：将1个数的某(些)位置1，其余各位不变。


4)按位取反── ~

        (1)格式：~x

        (2)规则：各位翻转，即原来为1的位变成0，原来为0的位变成1：在IBM-PC机中，

                 ~0＝0xffff，~9=0xfff6。

        (3)主要用途：间接地构造一个数，以增强程序的可移植性。

5)按位左移── <<

        (1)格式：x<<位数

        (2)规则：使操作的各位左移，低位补0，高位溢出：5<<2=20。


6)按位右移──>>

        (1)格式：x>>位数

        (2)规则：使操作的各位右移，移出的低位舍弃；

             高位：1)对无符号数和有符号中的正数，补0；

                   2)负数取决于所使用的系统：补0的称为逻辑右移，补1的称为算术右移



位操作的应用：
  

例子1：

         从键盘上输入1个正整数给int变量num，输出由8～11位构成的数（从低位、0号开始编号）。

基本思路：

（1）使变量num右移8位，将8～11位移到低4位上。

（2）构造1个低4位为1、其余各位为0的整数。

（3）与num进行按位与运算. 

程序：

#include<stdio.h>
int main(void)
{
       int num;       
       int num1;
       int res;
       printf("Input the num:");
       scanf("%d",&num);
       num1=~(1<<4);      //构造一个低4位为1的整数
       num=num>>8;       //输入的数右移动8位，使得低4位为原数的8-11位
       res=num&num1;      //与运算得到8-11位的数，其余位为0
       printf("The result is %d\n",res); 
       return 0;
}

例子2：

从键盘上输入1个正整数给int变量num，按二进制位输出该数。

程序：

#include  "stdio.h"

main()

    { int num, mask, i;

       printf("Input a integer number: ");

       scanf("%d",&num);

       mask = 1<<15;  /*构造1个最高位为1、其余各位为0的整数(屏蔽字)*/

      printf("%d=" , num);

      for(i=1; i<=16; i++)

         { putchar(num&mask ? '1' : '0'); /*输出最高位的值(1/0)*/

            num <<= 1;  /*将次高位移到最高位上*/

            if( i%4==0 ) putchar(','); /*四位一组，用逗号分开*/

        }

      printf("\bB\n");

    }

例子3：

给定一个整数a，写两个函数，第一个对a设置bit3，第二个清除bit3，其它位不变。

程序：

#define BIT3 ox1<<3

static int a;

void set_bit3(){

            a|=BIT3;

}

void clear_bit3(){

           a&=~BIT3;

}