C语言位运算
导语：C语言的设计目标是提供一种能以简易的方式编译、处理低级存储器、产生少量的机器码以及不需要任何运行环境支持便能运行的编程语言。下面我们来看看C语言位运算，希望对大家有所帮助。
C语言位运算。所谓位运算，就是对一个比特(Bit)位进行操作。比特(Bit)是一个电子元器件，8个比特构成一个字节(Byte)，它已经是粒度最小的可操作单元了。
C语言提供了六种位运算符：
按位与运算(&)
一个比特(Bit)位只有 0 和 1 两个取值，只有参与&运算的两个位都为 1 时，结果才为 1，否则为 0。例如1&1为 1，0&0为 0，1&0也为 0，这和逻辑运算符&&非常类似。
C语言中不能直接使用二进制，&两边的操作数可以是十进制、八进制、十六进制，它们在内存中最终都是以二进制形式存储，&就是对这些内存中的二进制位进行运算。其他的位运算符也是相同的道理。
例如，9 & 5可以转换成如下的运算：
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 (9 在内存中的存储)
& 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 (5 在内存中的存储)
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0001 (1 在内存中的存储)
也就是说，按位与运算会对参与运算的两个数的所有二进制位进行&运算，9 & 5的结果为 1。
又如，-9 & 5可以转换成如下的运算：
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 (-9 在内存中的存储)
& 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 (5 在内存中的存储)
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 (5 在内存中的存储)
-9 & 5的结果是 5。
关于正数和负数在内存中的存储形式，我们已在教程《整数在内存中是如何存储的》中进行了讲解。
再强调一遍，&是根据内存中的二进制位进行运算的，而不是数据的二进制形式;其他位运算符也一样。以-9&5为例，-9 的在内存中的存储和 -9 的二进制形式截然不同：
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 (-9 在内存中的存储)
-0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 (-9 的二进制形式，前面多余的 0 可以抹掉)
按位与运算通常用来对某些位清 0，或者保留某些位。例如要把 n 的高 16 位清 0 ，保留低 16 位，可以进行n & 0XFFFF运算(0XFFFF 在内存中的存储形式为 0000 0000 -- 0000 0000 -- 1111 1111 -- 1111 1111)。
【实例】对上面的分析进行检验。
00001. #include
00002.
00003. int main(){
00004. int n = 0X8FA6002D;
00005. printf("%d, %d, %X ", 9 & 5, -9 & 5, n & 0XFFFF);
00006. return 0;
00007. }
运行结果：
1, 5, 2D
按位或运算(|)
参与|运算的两个二进制位有一个为 1 时，结果就为 1，两个都为 0 时结果才为 0。例如1|1为1，0|0为0，1|0为1，这和逻辑运算中的||非常类似。
例如，9 | 5可以转换成如下的运算：
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 (9 在内存中的存储)
| 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 (5 在内存中的存储)
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1101 (13 在内存中的存储)
9 | 5的结果为 13。
又如，-9 | 5可以转换成如下的运算：
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 (-9 在内存中的存储)
| 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 (5 在内存中的存储)
-----------------------------------------------------------------------------------
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 (-9 在内存中的存储)
-9 | 5的结果是 -9。
按位或运算可以用来将某些位置 1，或者保留某些位。例如要把 n 的高 16 位置 1，保留低 16 位，可以进行n | 0XFFFF0000运算(0XFFFF0000 在内存中的存储形式为 1111 1111 -- 1111 1111 -- 0000 0000 -- 0000 0000)。
【实例】对上面的分析进行校验。
00001. #include
00002.
00003. int main(){
00004. int n = 0X2D;
00005. printf("%d, %d, %X ", 9 | 5, -9 | 5, n | 0XFFFF0000);
00006. return 0;
00007. }
运行结果：
13, -9, FFFF002D
按位异或运算(^)
参与^运算两个二进制位不同时，结果为 1，相同时结果为 0。例如0^1为1，0^0为0，1^1为0。
例如，9 ^ 5可以转换成如下的运算：
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 (9 在内存中的存储)
^ 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 (5 在内存中的存储)
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1100 (12 在内存中的存储)
9 ^ 5的结果为 12。
又如，-9 ^ 5可以转换成如下的运算：
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 (-9 在内存中的存储)
^ 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 (5 在内存中的存储)
-----------------------------------------------------------------------------------
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0010 (-14 在内存中的存储)
-9 ^ 5的结果是 -14。
按位异或运算可以用来将某些二进制位反转。例如要把 n 的高 16 位反转，保留低 16 位，可以进行n ^ 0XFFFF0000运算(0XFFFF0000 在内存中的存储形式为 1111 1111 -- 1111 1111 -- 0000 0000 -- 0000 0000)。
【实例】对上面的分析进行校验。
00001. #include
00002.
00003. int main(){
00004. unsigned n = 0X0A07002D;
00005. printf("%d, %d, %X ", 9 ^ 5, -9 ^ 5, n ^ 0XFFFF0000);
00006. return 0;
00007. }
运行结果：
12, -14, F5F8002D
取反运算(~)
取反运算符~为单目运算符，右结合性，作用是对参与运算的二进制位取反。例如~1为0，~0为1，这和逻辑运算中的!非常类似。。
例如，~9可以转换为如下的运算：
~ 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 (9 在内存中的存储)
-----------------------------------------------------------------------------------
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0110 (-10 在内存中的存储)
所以~9的结果为 -10。
例如，~-9可以转换为如下的运算：
~ 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 (-9 在内存中的存储)
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1000 (9 在内存中的存储)
所以~-9的结果为 8。
【实例】对上面的分析进行校验。
00001. #include
00002.
00003. int main(){
00004. printf("%d, %d ", ~9, ~-9 );
00005. return 0;
00006. }
运行结果：
-10, 8
左移运算(<<)
左移运算符<<用来把操作数的各个二进制位全部左移若干位，高位丢弃，低位补0。
例如，9<<3可以转换为如下的运算：
<< 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 (9 在内存中的存储)
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0100 1000 (72 在内存中的存储)
所以9<<3的结果为 72。
又如，(-9)<<3可以转换为如下的运算：
<< 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 (-9 在内存中的存储)
-----------------------------------------------------------------------------------
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1011 1000 (-72 在内存中的存储)
所以(-9)<<3的结果为 -72
如果数据较小，被丢弃的高位不包含 1，那么左移 n 位相当于乘以 2 的 n 次方。
【实例】对上面的结果进行校验。
00001. #include
00002.
00003. int main(){
00004. printf("%d, %d ", 9<<3, (-9)<<3 );
00005. return 0;
00006. }
运行结果：
72, -72
右移运算(>>)
右移运算符>>用来把操作数的各个二进制位全部右移若干位，低位丢弃，高位补 0 或 1。如果数据的最高位是 0，那么就补 0;如果最高位是 1，那么就补 1。
例如，9>>3可以转换为如下的运算：
>> 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 (9 在内存中的存储)
-----------------------------------------------------------------------------------
0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0001 (1 在内存中的存储)
所以9>>3的结果为 1。
又如，(-9)>>3可以转换为如下的运算：
>> 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 (-9 在内存中的存储)
-----------------------------------------------------------------------------------
1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1110 (-2 在内存中的存储)
所以(-9)>>3的结果为 -2
如果被丢弃的低位不包含 1，那么右移 n 位相当于除以 2 的 n 次方(但被移除的位中经常会包含 1)。
【实例】对上面的结果进行校验。
00001. #include
00002.
00003. int main(){
00004. printf("%d, %d ", 9>>3, (-9)>>3 );
00005. return 0;
00006. }
运行结果：
1, -2
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