Linux c中的位运算

所谓的位运算指的是二进制位的运算。在系统软件中，常要处理二进制位的问题。例如，将一个存储单元中的二进制位左移或右移以为，两个数按位相加等等。

       C语言中提供了如表1所列出的位运算符。

表 1

运算符	含义	运算符	含义
&	按位与	~	取反
|	按位或	<<	左移
^	按位异或	>>	右移

       说明：

       1、位运算中除~以外，均为二目运算符，即要求两侧各有一个运算量。

       2、运算量只能是整型或字符型的数据，不能为实型数据。

下面对各个运算符做简单的介绍。

按位与运算符(&)

       参加运算的两个数据，按二进制位进行“与”运算。运算规则为：如果两个相应的位上的二进制为都为1，则该位的运算结果也为1，否则为0。即如下的表达式：

       0&0=0   0&1=0   1&0=0   1&1=1

       如果参加位运算的操作数为负数，则以补码的形式表示二进制数，然后按位进行与运算。

       按位与运算有一些特殊的用途如下：

       1、清零。

       如果想将一个单元清零，即使其全部二进制位为0，只要找一个二进制数，其中各个位符合下面的条件：原来数中为1的位置，新数中相应的位为0，然后使二者进行与运算，既可以达到清零的母的。

       2、取一个数中某些指定的位。只要将要取的某些位与1相与，就可以得到想要取得位的值。

       3、将某一位留下来。要想将某一位留下来，就与一个数进行与运算，次数在该位取1。这一点在嵌入式开发中应用的比较广泛。例如，在点亮一个LED灯的时候，通过控制与之相连的处理器的IO口，取1或者取0 就可以控制LED灯的亮和灭。

按位或运算符( | )

       两个相应的二进制位中只要有一位为1，该位相或之后的结果就为1。规则如下：

              0|0=0   0|1=1   1|0=1   1|1=1

       或运算主要是用将一个数据的某些位置1。

异或运算符(^)

       异或运算符^也成为XOR运算符。它的规则是：若参加运算的两个二进制位同号，则结果为0，异号则为1。即 0^0=0，0^1=1，1^0=1，1^1=0。异或的意思就是判断两个相应的位值是否为“异”，为“异”就为真，否则为假。

       我印象中异或运算的一个比较有意思的应用是交换两个值，不使用中间变量。

       假设a=3，b=4，想交换a和b的值，可以用下面的赋值语：

       a=a^b;

       b=b^a;

       a=a^b;

       上面的三个赋值语句就可以实现交换两个数的值。

       说明：

              1、执行前两个赋值语句：“a=a^b和b=b^a”相当于b=b^(a^b)。而b^a^b等于a^b^b。     b^b的结果为0，因为同一个数与本身相异或，结果必为0。因此，b的值就等于a^0,          其值为3。

              2、再执行第三个赋值语句：a=a^b。由于a的值的等于(a^b)，b的值等于(b^a^b)，  因此，相当于a=a^b^b^a^b，即a的值等于b的值，即4。

      

注：

       回顾我们所学过的，实现交换两个数的值的方法有4种。

取反运算符(~)

       ~是一个单目运算符，用来对一个二进制数按位取反，即将0变为1，将1变0。取反运算符的优先级比算术运算符，关系运算符，逻辑运算符和其他位运算符都要高。

左移运算符(<<)

       用来将一个数的各二进制位全部左移若干位。高位左移溢出后就舍弃。左移1 位相当于该数乘以2，左移两位就相当于乘以2的平方，依次类推，左移多少位就相当于该数乘以2的多少次方，但是此结论只适用于该数左移时被溢出舍弃的高位中不含1的情况。

右移运算符(>>)

       用于将一个数的各二进制位全部右移若干位，移到右端的低位被舍弃，对去符号数，高位补0.右移以为相当于除以2，右移n位相当于除以2的n次方。在右移的过程中，需要注意符号位的问题。对于无符号数，右移时左边高位补0，对于有符号的值，如果原来符号位为0，则左边也是一如0；如果符号位为1，，则左边移入的是1还是0，要取决于所用的计算机系统。移入0的称为“逻辑右移”，移入1的称为“算术右移”。

补充知识：位段

       位段以位为单位定义的结构体中成员所占用存储空间的长度，含有位段的结构体类型称为位段结构。位段结构也是一种结构体类型，只不过其中含有以位为单位定义存储长度的整数类型位段成员。采用位段结构既节省存储空间，又可方便操作。

       位段结构中位段的定义格式为： unsigned  <成员名> : <二进制位数>

       例：

       struct bytedata
       {

              unsigned a:2;   /*位段a，占2位*/
              unsigned:6;  /*无名位段，占6位，但不能访问*/
              unsigned:0;     /*无名位段，占0位，表下一位段从下一字边界开始*/
              unsigned b:10;  /*位段b，占10位*/
              int i;          /*成员i，从下一字边界开始*/
       }data;

       位段数据的引用：同结构体成员的数据引用一样，但是应该注意位段的最大值范围不要超过二进制位数定的范围，否则超出部分会丢弃。例如：data.a=2;但是data.a=10;就超出了范围。

       关于位段数据，注意以下几点：

       （1）一个位段必须存储在同一存储单元（即字）之中，不能跨两个单元。如果其单元空间不够，则剩余空间不用，从下一个单元起存放该位段。
       （2）可以通过定义长度为0的位段的方式使下一位段从下一存储单元开始。
       （3）可以定义无名位段。
       （4）位段的长度不能大于存储单元的长度。
       （5）位段无地址，不能对位段进行取地址运算。
       （6）位段可以以%d，%o，%x格式输出。
       （7）位段若出现在表达式中，将被系统自动转换成整数。

    结构体大小原则：由于存储变量时地址对齐的要求，编译器在编译程序时会遵循两条原则：第一、结构体变量中成员的偏移量必须是成员大小的整数倍（0被认为是任何数的整数倍）。第二、结构体大小必须是所有成员大小的整数倍。