位运算

位运算

位运算

　　前面介绍的各种运算都是以字节作为最基本位进行的。 但在很多系统程序中常要求在位(bit)一级进行运算或处理。C语言提供了位运算的功能， 这使得C语言也能像汇编语言一样用来编写系统程序。

　　一、位运算符C语言提供了六种位运算符：

　　& 按位与
　　| 按位或
　　^ 按位异或
　　~ 取反
　　〈〈 左移
　　〉〉 右移

　　1. 按位与运算 按位与运算符"&"是双目运算符。其功能是参与运算的两数各对应的二进位相与。只有对应的两个二进位均为1时，结果位才为1 ，否则为0。参与运算的数以补码方式出现。

　　例如：9&5可写算式如下： 00001001 (9的二进制补码)&00000101 (5的二进制补码)　00000001 (1的二进制补码)可见9&5=1。

　　按位与运算通常用来对某些位清0或保留某些位。例如把a 的高八位清 0 ， 保留低八位， 可作 a&255 运算 ( 255 的二进制数为0000000011111111)。

main(){
　int a=9,b=5,c;
　c=a&b;
　printf("a=%d b=%d c=%d ",a,b,c);
} 

　　2. 按位或运算 按位或运算符“|”是双目运算符。其功能是参与运算的两数各对应的二进位相或。只要对应的二个二进位有一个为1时，结果位就为1。参与运算的两个数均以补码出现。

　　 例如：9|5可写算式如下： 

00001001|00000101
00001101 (十进制为13)可见9|5=13
main(){
　int a=9,b=5,c;
　c=a|b;
　printf("a=%d b=%d c=%d ",a,b,c);
} 

　　3. 按位异或运算 按位异或运算符“^”是双目运算符。其功能是参与运算的两数各对应的二进位相异或，当两对应的二进位相异时，结果为1。参与运算数仍以补码出现，例如9^5可写成算式如下： 

00001001^00000101 00001100 (十进制为12)
main(){
　int a=9;
　a=a^15;
　printf("a=%d ",a);
} 

　　4. 求反运算 求反运算符～为单目运算符，具有右结合性。 其功能是对参与运算的数的各二进位按位求反。例如～9的运算为： ~(0000000000001001)结果为：1111111111110110

　　5. 左移运算 左移运算符“〈〈”是双目运算符。其功能把“〈〈 ”左边的运算数的各二进位全部左移若干位，由“〈〈”右边的数指定移动的位数，

　　高位丢弃，低位补0。例如： a〈〈4 指把a的各二进位向左移动4位。如a=00000011(十进制3)，左移4位后为00110000(十进制48)。6. 右移运算 右移运算符“〉〉”是双目运算符。其功能是把“〉〉 ”左边的运算数的各二进位全部右移若干位，“〉〉”右边的数指定移动的位数。 

　　例如：设 a=15，a〉〉2　表示把000001111右移为00000011(十进制3)。 应该说明的是，对于有符号数，在右移时，符号位将随同移动。当为正数时， 最高位补0，而为负数时，符号位为1，最高位是补0或是补1 取决于编译系统的规定。Turbo C和很多系统规定为补1。

main(){
　unsigned a,b;
　printf("input a number: ";
　scanf("%d",&a);
　b=a〉〉5;
　b=b&15;
　printf("a=%d b=%d ",a,b);
} 

　　请再看一例!

main(){
　char a='a',b='b';
　int p,c,d;
　p=a;
　p=(p〈〈8)|b;
　d=p&0xff;
　c=(p&0xff00)〉〉8;
　printf("a=%d b=%d c=%d d=%d ",a,b,c,d);
} 

　　位域

　　有些信息在存储时，并不需要占用一个完整的字节， 而只需占几个或一个二进制位。例如在存放一个开关量时，只有0和1 两种状态， 用一位二进位即可。为了节省存储空间，并使处理简便，C语言又提供了一种数据结构，称为“位域”或“位段”。所谓“位域”是把一个字节中的二进位划分为几个不同的区域， 并说明每个区域的位数。每个域有一个域名，允许在程序中按域名进行操作。 这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位域来表示。一、位域的定义和位域变量的说明位域定义与结构定义相仿，其形式为： 

　　struct 位域结构名 

　　{ 位域列表 };

　　其中位域列表的形式为： 类型说明符 位域名：位域长度 

　　例如： 



struct bs
{
　int a:8;
　int b:2;
　int c:6;
};  

　　位域变量的说明与结构变量说明的方式相同。 可采用先定义后说明，同时定义说明或者直接说明这三种方式。例如： 

struct bs
{
　int a:8;
　int b:2;
　int c:6;
}data; 

　　说明data为bs变量，共占两个字节。其中位域a占8位，位域b占2位，位域c占6位。对于位域的定义尚有以下几点说明：

　　1. 一个位域必须存储在同一个字节中，不能跨两个字节。如一个字节所剩空间不够存放另一位域时，应从下一单元起存放该位域。也可以有意使某位域从下一单元开始。例如： 

struct bs
{
　unsigned a:4
　unsigned :0 /*空域*/
　unsigned b:4 /*从下一单元开始存放*/
　unsigned c:4
} 

　　在这个位域定义中，a占第一字节的4位，后4位填0表示不使用，b从第二字节开始，占用4位，c占用4位。

　　2. 由于位域不允许跨两个字节，因此位域的长度不能大于一个字节的长度，也就是说不能超过8位二进位。

　　3. 位域可以无位域名，这时它只用来作填充或调整位置。无名的位域是不能使用的。例如： 

struct k
{
　int a:1
　int :2 /*该2位不能使用*/
　int b:3
　int c:2
};  

　　从以上分析可以看出，位域在本质上就是一种结构类型， 不过其成员是按二进位分配的。

　　二、位域的使用

　　位域的使用和结构成员的使用相同，其一般形式为： 位域变量名·位域名 位域允许用各种格式输出。

main(){
　struct bs
　{
　　unsigned a:1;
　　unsigned b:3;
　　unsigned c:4;
　} bit,*pbit;
　bit.a=1;
　bit.b=7;
　bit.c=15;
　printf("%d,%d,%d ",bit.a,bit.b,bit.c);
　pbit=&bit;
　pbit-〉a=0;
　pbit-〉b&=3;
　pbit-〉c|=1;
　printf("%d,%d,%d ",pbit-〉a,pbit-〉b,pbit-〉c);
}  

　　上例程序中定义了位域结构bs，三个位域为a,b,c。说明了bs类型的变量bit和指向bs类型的指针变量pbit。这表示位域也是可以使用指针的。

　　程序的9、10、11三行分别给三个位域赋值。( 应注意赋值不能超过该位域的允许范围)程序第12行以整型量格式输出三个域的内容。第13行把位域变量bit的地址送给指针变量pbit。第14行用指针方式给位域a重新赋值，赋为0。第15行使用了复合的位运算符"&="， 该行相当于： pbit-〉b=pbit-〉b&3位域b中原有值为7，与3作按位与运算的结果为3(111&011=011,十进制值为3)。同样，程序第16行中使用了复合位运算"|="， 相当于： pbit-〉c=pbit-〉c|1其结果为15。程序第17行用指针方式输出了这三个域的值。

　　类型定义符typedef 

　　C语言不仅提供了丰富的数据类型，而且还允许由用户自己定义类型说明符，也就是说允许由用户为数据类型取“别名”。 类型定义符typedef即可用来完成此功能。例如，有整型量a,b,其说明如下： int aa,b; 其中int是整型变量的类型说明符。int的完整写法为integer，

　　为了增加程序的可读性，可把整型说明符用typedef定义为： typedef int INTEGER 这以后就可用INTEGER来代替int作整型变量的类型说明了。 例如： INTEGER a,b;它等效于： int a,b; 用typedef定义数组、指针、结构等类型将带来很大的方便，不仅使程序书写简单而且使意义更为明确，因而增强了可读性。例如：

typedef char NAME[20]; 表示NAME是字符数组类型，数组长度为20。 

　　然后可用NAME 说明变量，如： NAME a1,a2,s1,s2;完全等效于： char a1[20],a2[20],s1[20],s2[20]
又如： 

typedef struct stu{ char name[20];
　int age;
　char sex;
} STU; 

　　定义STU表示stu的结构类型，然后可用STU来说明结构变量： STU body1,body2;

　　typedef定义的一般形式为： typedef 原类型名 新类型名 其中原类型名中含有定义部分，新类型名一般用大写表示， 以便于区别。在有时也可用宏定义来代替typedef的功能，但是宏定义是由预处理完成的，而typedef则是在编译时完成的，后者更为灵活方便。