第十章 位运算

本章主要内容 C 语言既是一种高级语言，广泛应用于应用软件

的开发和程序设计，同时又是一种低级语言，可以用于系统软件的开发和程序设计，如自动控制系统中的过程控制、参数检测、数据通讯等控制程序，都可以综合利用 C 语言中的指针操作、位运算和位段技术来实现。

本章介绍位运算的基本形式和常用运算符 , 并简要介绍位段的概念。位运算的深入学习，应该在《计算机原理》和《汇编语言程序设计》课程中进行。

一、位运算符和位运算位运算概述所谓“位运算”，是指按二进制位进行运算。

位运算的特点：运算按二进制逐位进行——没有借位和进位。位运算量：整型（ int,short,unsiged,long ） / 字符型（以补码 /ASCII 码形式存储），不可为实型。位运算符： & | ^ ~ << >>

一、位运算符和位运算 位运算符还可与赋值运算符相结合，进行

位运算赋值操作。如： a&=b 等价于 a=a&b

a>>=b 等价于 a=a>>b

注意：位运算时的数据类型为 char/int ，分析时要化为二进制形式，但在程序中书写及输出结果时仍为 char/int 。

位运算符的使用 按位与 & （均为 1 时方为 1 ）【例一】main( ){ unsigned char a,b; printf(“Enter a and b:”); scanf(“%o,%o”,&a,&b); printf(“a&b=%o\n”,a&b);}

计算 010 000 (a)

& 011 000 (b) 010 000

001 010 (a)

& 010 000 (b) 000 000

Enter a and b: 20,30a&b=20

Enter a and b: 12,20a&b=0

位运算符的使用 按位或 | （均为 0 时方为 0 ） 【例二】main( ){ unsigned char a,b; printf(“Enter a and b:”); scanf(“%o,%o”,&a,&b); printf(“a | b=%o\n”,a|b);}

Enter a and b: 20,30a | b=30

Enter a and b: 12,20a | b=32

计算 010 000 (a)

| 011 000 (b) 011 000

001 010 (a)

| 010 000 (b) 011 010

位运算符的使用 按位异或 ^ （二者相异方为 1 ）

【例三】以下程序的功能是将 a 数据的低 4 位取反。#include <stdio.h>main(){ unsigned char a=0x39, b=0x0F; a=a^b; printf("%x\n", a);} 答案： 0x0f

计算 00111001 (a) ^ 00001111 (b)

00110110

位运算符的使用 按位取反 ～ （各位反转） 【例四】 main( ) { char a=3; int b=10; printf(“~a=%d,~b=%d\n",~a,~b); }

结果：～ a=-4 ，～ b=-11

计算~ a:补码 : 11111100原码 : 10000100

~ b:补码 :11110101原码 :10001011

位运算符的使用 左移运算 << a<<n 将 a 中各位向左移 n 位，右端补 0 ，高位溢出丢弃。 例： a= a<<n （可写为 a<<=n ），相当于 a×2n （高位未溢出

时） 【例五】以下程序的运行结果是 。main(){ unsigned int a=0x3ef,b; b=a<<2; printf("%x,%x\n",a,b);}A ） 3ef,fb B) 3ef,fbc C) fbc,3ef D) fbc,fbc

结果： B

位运算符的使用 左移运算 <<

【例六】以下程序的运行结果是 。main(){ int a=12,b; b=0x1f5 & a<<3; printf("%d,%d\n",a,b);}

结果： 12 ， 96

计算已知： 0x1f5 为 1 1111 0101且：∵ a 为 1100 ∴a<<3 为 1100000 111110101& 001100000

001100000 = 96

位运算符的使用 右移运算 >> a>>n 将 a 中各位右移 n 位，溢出则舍弃。左端——

a 为正数时（符号位为 0 ），填 0 ；a 为负数时（符号位为 1 ），填 0 或填 1 与系统有关

填 0 （逻辑右移） 填 1 （算术右移） TC 使用算术右移

位运算符的使用 右移运算 >>

【例七】以下程序的运行结果是 。main(){ int a=9,b=-9; printf("%d,%d",a>>2,b>>2);}

结果： 2 ， -3 （ -9 的补码 ： 1111111111110111 ，

右移后为 1111111111111101 ）。

应用示例① 从整数 a 最右

端第 m 个位置开始取该位开始右面 n 位 。

算法如下： b=a>>(m-n+1)

c= ～ ( ～ 0<<n)

d=b&c

注：位自右向左从 0 开始编号

应用示例② 将一个整数a 循环右移 n 位。算法如下： b=a<<(16-n)

c=a>>n

c=c|b

二、位段 C 语言允许在一个结构体中以位为单位来

指定其成员所占内存长度。这种以位为单位的成员称为“位段”。

示例 struct data { int i; /* 非位段 */ unsigned int a:3; /* 占 3 位 */ unsigned int b:5; /* 占 5 位 */ unsigned int :3; /* 无名位段——不可用*/ unsigned int c:2; /* 占 2 位 */ unsigned int :0; /* 到下一字节起始处 */ unsigned int d:3; /* 占 3 位 */ unsigned int :0; /* 到下一字节起始处 */ float f; /* 非位段 */ } ；