C语言_用宏定义实现位运算

素颜马尾好姑娘i 2022-10-05 13:46 295阅读 0赞

这两天学习了C的位运算，记录一下，这个知识也是看Linux内核的基础。

# 与或非 #

### 位与& 和 逻辑与&& ###

*  位与的真值表的特点是：只有1&1结果才**1**；1&0,0&1,0&0结果都为**0.**
 *  位与操作与逻辑与操作一起记住，把非0的数看成是1，0做为0，然后再进行与&运算，例如0xffff&&0x11=1;

### 位或| 和 逻辑或|| ###

*  位或只有两个0位或结果为0，其余都是1，真值表：1|1=1,1|0=1，0|1=1,0|0=0
 *  两个操作数作为整体操作，把非0的数看成是1，0看成是0，进行位与操作。

### 位取反~和逻辑取反！ ###

*  位取反|每个二进制位按位取反，0变1,1变0。
 *  逻辑取反，非0的数当做真，0作为假，逻辑运算：真变假，假变帧。  
    **下面是例子，ARM中的移位操作都是无符号数；ARM中的读改写都是一体的，想要对一个寄存器中的某些特定位进行读改写，要将这个寄存器中所有的值读出来，然后修改特定位，最后再将修改好的值，写入寄存器。**

## 与或非使用场景 ##

### 特定位清零用& ###

如果希望将一个寄存器的某些特定位变为0，而不影响其他位，可以构造一个合适的由1和0组成的数和这个寄存器原来的值进行与操作&，可将特定位清零。  
例如：将0xAAAAAAAA bit8-bit15清0，其他位不变，可以将这个数与oxFFFF00FF进行位与操作，得到0xAAAA00AA

### 特定位置1用| ###

或|运算的特定，与1则为1，遇到0为0.

### 特定位取反用异或操作 ###

异或运算特点：相等为0，不等为1.记忆方法是：不同时进行或运算。

# 左移<<和右移>> #

**左移**：移动后，后面的空缺自动补零。  
**右移**：分为逻辑右移和算术右移

*  逻辑右移：不管什么类型，移动后，左边补零‘
 *  算术右移，如果是无符号数，则左边补零；如果是负数，左边补1；

# 如何构造特定的数 #

### 使用位移<<和>> ###

想要操作寄存器中的某些特定位，要构造一个数，与寄存器中的数进行运算，怎样才能构造这样的数？可以使用右移来构造，例如需要一个bit3-bit7为0的数，则可以11111<<3,写成0x1f<<3.就可以得到。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkxNjc1NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
更难一点的：bit3-bit7为1，同时bit23-bit25为1，其余位为0.  
解法：(0x1f<<3)|(7<<23);

### 使用位取反~ 获得特定位为0的二进制数 ###

例如：获取bit4-bit10为0的数，其他位为1的数，如何做？  
![在这里插入图片描述][20210609124353947.png]

*  解法1：利用上面的方法，就是把这个数的其他位都置1，这样操作：(0xf<<0)|(0xffff1<<11)，找个数左移11位，就可以得到。  
    这种方法缺点是，1太多了。
 *  解法2：构造一个这个数的相反数，再与原来的数进行&操作。~(0x7f<<4).

### 总结 ###

*  如果想要的这个数，1的位数比较少，大部分为0， 则可以通过连续很多个1左移得到。
 *  如果想要的数，0的位数表较多，大部分位1，可先构建取反数，然后再取反。
 *  总之：要置1用|,要置0用&，取反用~，再配合左移和右移获得。

## 位运算练习 ##

### 练习1 ：给定一个整型数a，设置a的bit4，保证其他位不变。 ###

a|(1<<3)  
![在这里插入图片描述][20210609134937453.png]  
输出结果16.

### 练习2：给定一个整形数a，设置a的bit3~bit7，保持其他位不变。 ###

a = a | (ob11111<<3)  
a|= (0x1f << 3)

### 练习3：给定一个整型数a，清除a的bit15，保证其他位不变。 ###

第一步： 1 << 15  
![在这里插入图片描述][20210609135854928.png]

第二步： ~(1 << 15)  
![在这里插入图片描述][20210609135908131.png]

第三步： a = a & (~(0x1ff))  
最后a变为0  
![在这里插入图片描述][20210609140000533.png]

### 练习4：给定一个整形数a，清除a的bit15~bit23，保持其他位不变。 ###

第一步：0x1ff<<15  
第二步：~(0x1ff) << 15  
第三步：a = a & ~(0x1ff) << 15

### 练习5：给定一个整形数a，取出a的bit3~bit8。 ###

第一步：先将bit3-bit8不变，其余位全部清零。  
a & (0x3f << 3)  
第二步：再将这个数，右移3位。  
a = a >> 3;

### 练习6：用C给一个寄存器的bit7～bit17赋值937（其余位不受影响）。 ###

第一步：先将bit7-bit17清0  
a = a & ~(0x7ff << 7);  
第二步：再将937写入即可。  
a = a | (937<<7)

### 练习7：用C语言将一个寄存器的bit7～bit17中的值加17（其余位不受影响）。 ###

第一步：先读出bit7-bit17的值:将bit7-bit17不变，其余位都是0.  
b = a ;  
b = b & ~(0x7ff << 7)  
b =b >> 7;  
第二步： 再给这个值加上17，  
b += 17;  
第三步：将bit7-bit17清零  
a = a & ~(0x7ff << 7)  
第四步：  
a |= (a <<b)  
![在这里插入图片描述][2021060915102625.png]

## 用宏完成上述操作(有空再整理) ##

用宏时，最起码的在\#define后边加上括号，要不然就是最不专业的C程序员。

### 第一题，用宏定义将32位数x的第n位置位。 ###

分析：置位的意思是，赋值为1.第n位对应的是bit(n-1)位。  
第一步：(x | (1 << (n-1))) // 最外边加一层括号。  
第二步：\#define SET\_BIT\_N(x,n) (x | (1 << (n-1)))  
专业的写法：(x | ((1U) << (n-1))) ，这种方式充分考虑了，1作为一个无符号整数

### 第二题，用宏定义将32位数x的第n位清零 ###

第一步：x & ~(1U << (n-1))  
第二步：\#define CLEAR\_BIT\_N(x,n) (x & ~(1U) << (n-1))  
还有更复杂的宏定义，留着看内核的时候，再过来看。

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