C语言笔记：位运算问题

短命女 2023-06-10 10:27 2阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  位运算简介
 *  常见的位运算符(运算符优先级按表下到上依次增高，如~为最高优先级)
 *  位运算实例
 *   *  1、给定一个整数a,设置a的二进制表示中bit5为1，其它位不变
     *   *  1-2、给定一个整数a,设置a的bit5~bit10为1，其它位不变
     *  2、给定一个整形数a,它的bit5清除0，其它位保持不变
     *   *  2-2、给定一个整数a,设置a的bit5~bit10为0，其它位不变
     *  3、给定一个整数a，求a得bit3~bit8对应的整数
     *  4、用C语言给一个寄存器（32位）的bit7~bit17赋值937（其余位不受影响）
     *   *  4-2、用C语言给一个寄存器的bit7\\~bit17赋值937，同时给bit21\\~bit25赋值17
     *  5、用C语言实现将一个寄存器的bit7\\~bit17的值加17（其余位不受影响）
     *  6、使用位运算判断一个整数是奇数还是偶数
     *  7、使用位运算计算一个int整数的二进制数中有多少个1
     *  8、使用位运算的“异或”运算符完成两个变量值的交换

# 位运算简介 #

C语言中的各种运算都是以字节的形式进行，在编写很多系统程序时，如驱动程序、磁盘文件管理程序等，常要求将数据按位（bit）进行运算或者处理。计算机中的数据（不管是整型，浮点型，还是字符型）在内存中都是以二进制的形式进行存储的，位运算就是直接对内存中的二进制数进行操作，位运算比一般算数运算要快，如果要考虑开发高效率的程序，位运算是必不可少的

# 常见的位运算符(运算符优先级按表下到上依次增高，如~为最高优先级) #

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>运算符</th> 
   <th>含义</th> 
   <th>功能</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>~</td> 
   <td>按位取反</td> 
   <td>对一个二进制数按位取反，0变为1，1变为0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&lt;&lt;</td> 
   <td>左移</td> 
   <td>不管是有符号数还会无符号数，左移时右侧补0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&gt;&gt;</td> 
   <td>右移</td> 
   <td>对于无符号数，右移时左侧补0；对于有符号数，对于有符号数，右移时左侧补符号位（如果是正数补0，负数就补1，也叫算数移位）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&amp;</td> 
   <td>按位与</td> 
   <td>两个相应二进制位都为1，则相应结果二进制位为1，否则为0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>^</td> 
   <td>按位异或</td> 
   <td>两个相应二进制位相异，则相应结果二进制位为1；如相同，则为0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>|</td> 
   <td>按位或</td> 
   <td>两个相应二进制位都为0，则相应结果二进制位为0，否则为1</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# 位运算实例 #

## 1、给定一个整数a,设置a的二进制表示中bit5为1，其它位不变 ##

#include <stdio.h>
    int main(void)
    { 
     //十进制形式 
     int d=195;//C语言中不能直接使用二进制,可以用十进制或者十六进制、八进制赋值 
     d|=1<<5;
     printf("d=%#d\n",d);//#为输出相应进制前缀 
     //八进制形式
     int o=0303; //八进制必须以0开头
     o|=1<<5;
     printf("o=%#o\n",o); 
     //十六进制形式
     int h=0XC3;
     h|=1<<5;
     printf("h=%#X\n",h);   
     return 0;
    }

输出：  
![在这里插入图片描述][20191027105328339.png]  
代码释疑：  
这里的变量d,o,h在数值上完全相等，只是以不同的数制进行表示，它们在内存中的二进制形式，都为1100 0011，设置bit5为1后都为1110 0011。  
1<<5完全可以用0b100000(0b或0B是二进制数前缀)代替，两者等价。

按位或的用法：  
经常被用于实现将一个数的某些位设置成1。将mask（上述代码为100000）中指定位设置成1，其它位设置成0，则s|=mask。使得s的指定位置设置为1。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjEyNDIzNA_size_16_color_FFFFFF_t_70]

### 1-2、给定一个整数a,设置a的bit5~bit10为1，其它位不变 ###

#include <stdio.h>
    int main(void)
    { 
     //十六进制形式
     int a=0XC3;//0000 0000 1100 0011
     a|=0x3F<<5;//十六进制数0x3F对应二进制0000 0000 0011 1111,左移5位后为0000 0111 1110 0000 
     printf("a=%#X\n",a);//最终二进制结果为0000 0111 1110 0011，对应十六进制数0X7E3 
     return 0;
    }

输出：  
![在这里插入图片描述][20191027153054178.png]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjEyNDIzNA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

## 2、给定一个整形数a,它的bit5清除0，其它位保持不变 ##

#include <stdio.h>
    int main(void)
    { 
     int a=0xff30;//对应二进制数为1111 1111 0011 0000
     a&=~(1<<15);//对应a=a&0111 1111 1111 1111
     printf("a=%#x\n",a);//最终a=0111 1111 0011 0000(bit15清零了，注意，下标从bit0开始) 
     return 0;
    }

输出：  
![在这里插入图片描述][20191027145425405.png]  
代码释疑：  
二进制0111 1111 0011 0000对应十六进制0x7f30。

font color=red>按位与的用法：  
经常被用于将特定位清0，将mask中指定位设置为0，s&=mask，实现了s指定位清0  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjEyNDIzNA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
由以上四个例子得知，在位运算中：置1用“位或1”；清0用“位与0”

### 2-2、给定一个整数a,设置a的bit5~bit10为0，其它位不变 ###

#include <stdio.h>
    int main(void)
    { 
     int a=0xff30;//对应二进制数为1111 1111 0011 0000
     a&=~(0X3F<<5);//构造一个bit5~bit10为0的二进制数为，1111 1000 0001 1111 
     printf("a=%#x\n",a);//最终a=1111 1000 0001 0000(bit5~bit10清零了，注意，下标从bit0开始) 
     return 0; 
    }

输出：  
![在这里插入图片描述][20191027172453916.png]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjEyNDIzNA_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

## 3、给定一个整数a，求a得bit3~bit8对应的整数 ##

问题分析：

*  首先构造一个bit3~bit8都为1，其余位数都为0的二进制数，然后将这个数与a进行“位与”操作
 *  接着再将操作结果进行右移3位，就可得到bit0~bit5为原来a的bit3~bit8的值

#include <stdio.h>
    int main(void)
    { 
     int a=0xFBA;//a对应二进制为0000 1111 1011 1010
     a&=0x3F<<3;//0x3F对应的二进制为0000 0000 0011 1111，左移三位后为0000 0001 1111 1000
     printf("测试输出：a=%#X\n",a);//测试输出0000 0001 1011 1000对应的十六进制0X1B8
     a>>=3;//要输出其对应整数，还要右移回3位 
     printf("a的bit3~bit8对应整数：%#X\n",a);//输出a对应的二进制为0000 0000 0011 0111的十六进制数0X37
     return 0;
    }

输出：  
![在这里插入图片描述][20191027175329457.png]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjEyNDIzNA_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

## 4、用C语言给一个寄存器（32位）的bit7~bit17赋值937（其余位不受影响） ##

问题分析：  
嵌入式程序中应用比较多，操作寄存器离不开位运算。寄存器的特点是按位进行规划和使用，但是寄存器的读写确实整体32位一起进行的，也就是说只想修改bit7~bit17是不行的，必须整体32bit全部写入，寄存器操作要求就是，在设定特定位时不能影响其它位。所以，当想改变一个寄存器中某些特定位时，不会直接去写寄存器，而是先从寄存器中把整体32位二进制数读取出来，然后在此基础上修改特定的值，最后再将修改后的32位二进制数整体写入寄存器。

*  第一步：将bit7~bit17清0，不能影响其他值
 *  第二步：将937写入bit7~bit17

#include <stdio.h>
    int main(void)
    { 
     int a=0XACF71;//0000 0000 0000 1010 1100 1111 0111 0001
     a&=~(0X7FF<<7);//0X7FF对应二进制0111 1111 1111，左移7位再取反，即可构造一个bit7~bit17为0，其余位为1的二进制数 
           //再进行位与运算，即可将a的bit7~bit17清0
     a|=937<<7;//实现将a的bit7~bit17赋值937整数，其余位不变
     printf("a=%#X\n",a);  
     return 0;
    }

输出：  
![在这里插入图片描述][20191027183211126.png]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjEyNDIzNA_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

### 4-2、用C语言给一个寄存器的bit7~bit17赋值937，同时给bit21~bit25赋值17 ###

int a=0XACF71;
    a&=~((0X7FF)<<7|(0X1F<<7));//将a的bit7~bit17以及bit21~bit25清0
    a|=(937<<7)|(17<<21);//0X229D4F1

代码释疑：  
a=0XACF71,对应二进制数0000 0000 1010 1100 1111 0111 0001，绿色部分分别对应bit21~bit25，bit7~bit17，分别替换成17（1 0001），937（011 1010 1001），最后a对应的二进制数为10 0010 1001 1101 0100 1111 0001，对应十六进制为0X229D4F1

## 5、用C语言实现将一个寄存器的bit7~bit17的值加17（其余位不受影响） ##

具体步骤如下：

*  第一步：读出寄存器的bit7~bit17的值
 *  第二步：将第一步读出的值加上17
 *  第三步：将寄存器的bit7~bit17清0
 *  第四步：将第二步算的值写入bit7~bit17

#include <stdio.h>
    int main(void)
    { 
     int a=0XACF71;
     unsigned tmp;//用于存放寄存器bit7~bit17原来的值以及增加17后的值
     tmp=a&(0X7FF<<7);//读出a的bit7~bit17值，并存放到tmp变量
     tmp>>=7;//获取a的bit7~bit17的值
     tmp+=17;//将获取的值加上17 
     a&=~(0X7FF<<7);//将a的bit7~bit17值清0，其余位不变
     a|=tmp<<7;//将a的bit7~bit17赋值tmp整数，其余位不变
     printf("a=%#X\n",a); 
     return 0;
    }

输出：  
![在这里插入图片描述][20191029085207965.png]  
代码释疑：  
int a=0XACF71对应的二进制位为1010 1100 1111 0111 0001，绿色部分为bit7~bit17，这部分数再加上17（1 0001）变为10 1101 0111 1，a的bit7~bit17整体清零在赋值tmp，所以最后a对应的二进制数为1010 1101 0111 1111 0001，对应十六进制数为0XAD7F1

由上述代码得出按位与（&）的用法：

*  保留特定位，将mask的特定位设置为1，其它位设置为0，则s&=mask，实现了s的特定位被保留

tmp=a&(0X7FF<<7);//读出a的bit7~bit17值，并存放到tmp变量

*  特定位清0，将mask的特定位设置成0，其它位设置成1，则s&=mask，实现了s的特定位清0

a&=~(0X7FF<<7);//将a的bit7~bit17值清0，其余位不变

## 6、使用位运算判断一个整数是奇数还是偶数 ##

判断一个整数是奇数还是偶数，可以用对2求余的思想判断，如果这是一个小整数还可以，如果是一个大整数，那么求余思想就会很低，我们还有一个特有方法：根据这个整数对应的二进制形式的末位为0表示偶数，为1表示奇数的特点，即能判断它是奇数还是偶数。

#include <stdio.h>
    int main(void)
    { 
     int n;
     printf("请输入一个整数：\n");
     scanf("%d",&n);
     if((n&1)==1)
     { 
      printf("%d是奇数\n",n);
     }
     else
     { 
      printf("%d是偶数\n",n);
     }
     return 0;
    }

## 7、使用位运算计算一个int整数的二进制数中有多少个1 ##

#include <stdio.h>
    int CountOne(int a);
    int main(void)
    { 
     int a;
     printf("输入一个整数：");
     scanf("%d",&a);
     printf("%d的二进制表示中1的个数是%d\n",a,CountOne(a));
     return 0;
    } 
    int CountOne(int a)
    { 
     int c=0;//记录二进制表示1的个数
     while(a)
     { 
      c++;
      a&=a-1;
     } 
     return c;
    }

输出：  
![在这里插入图片描述][20191029092835308.png]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjEyNDIzNA_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

## 8、使用位运算的“异或”运算符完成两个变量值的交换 ##

按位异或（^）两个相应二进制位相异，则相应结果二进制位为1；如相同，则为0，因为“异或”具有交换律，可完成两个变量值的交换。其中异或有两个规律：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>规律一</th> 
   <th>规律二</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>两个相同的数据进行“异或”运算结果为0</td> 
   <td>一个数与0进行“异或”运算结果仍为原数</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#include <stdio.h>
    int main(void)
    { 
     int a,b;
     a=7,b=5;//初始a=7,b=5 
     a=a^b;
     b=b^a;//此时完成b的值变为a的值
     a=a^b;//此时完成a的值变为b的值
     printf("a=%d b=%d\n",a,b);
     return 0;
    }

输出：  
![在这里插入图片描述][20191029095445232.png]  
代码释疑：

*  代码第6行、第7行：

a=a^b;
    b=b^a;//此时完成b的值变为a的值

相当：  
b=b^a=b^a^b=b^b^a=a

红色部分利用规律一，红色与绿色部分用到规律二。

*  代码第8行：  
    同理可完成a的值变为b的值

[20191027105328339.png]: /images/20230531/a0c11fecb92147fd86e40798ef13cfaf.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjEyNDIzNA_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20230531/4e52538b8eef402788c45a4c4a7c90ea.png
[20191027153054178.png]: /images/20230531/a5878acaca6742c29cbb3cf40f29b9ed.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjEyNDIzNA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20230531/23645ef2cb404b1fa22fcaa7cfaae3b8.png
[20191027145425405.png]: /images/20230531/c0419fc4bee04deeaf793d0ff584f99f.png
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[20191027172453916.png]: /images/20230531/6c2fc04bf3754a6c969dc979c708e1b3.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjEyNDIzNA_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20230531/3d5346cd956b4ea4880c10eb739e0e0b.png
[20191027175329457.png]: /images/20230531/c7707a19df8f4a2390c6f486ef526841.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjEyNDIzNA_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20230531/d76481edad524809a0d8da075a5bece9.png
[20191027183211126.png]: /images/20230531/fafc3ca9514949a5b1a3a65e038ed1f7.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjEyNDIzNA_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]: /images/20230531/914b1feb4e2143cc8f13ba59623dfa24.png
[20191029085207965.png]: /images/20230531/d57b2808c2de4a3085a51132a7da3ab5.png
[20191029092835308.png]: /images/20230531/e7b5a9a313a741dc9ef8e3e86acb31ba.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjEyNDIzNA_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]: /images/20230531/20b263403f0a4a62ac5febe337958341.png
[20191029095445232.png]: /images/20230531/cced50a60c0541c591d4aeb3faf9aa48.png