「C语言学习：C语言位运算」百家号Lite

「C语言学习：C语言位运算」百家号Lite_作者自评：

如何评价百家号Lite小程序热议话题「C语言学习：C语言位运算」
正文共：6580字预计阅读时间10分钟
引言
在前面的C语言学习中，我们的各种运算都是以字节为基本单位进行的，但在编写很多系统程序中，如调制解调程序、磁盘文件管理程序和打印机驱动程序等，常要求在位（bit）一级进行运算或处理。C语言提供了位运算功能，使得C语言也能像火遍语言一样用来编写系统程序。位运算应用于整型数据，即把整型数据看做固定的二进制序列，然后对这些二进制序列进行按位运算。与其他高级语言相比，位运算是C语言的特点之一。
什么是位运算
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如下表：一、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：
00000000000000000000000000001001 （9在内存中的存储）&00000000000000000000000000000101 （5在内存中的存储）00000000000000000000000000000001 （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：
11111111111111111111111111110111 （9在内存中的存储）&00000000000000000000000000000101 （5在内存中的存储）00000000000000000000000000000101 （5在内存中的存储）
9&5的结果是5。
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：
11111111111111111111111111110111 （9在内存中的存储）00000000000000000000000000001001 （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00000000000000001111111111111111）。【实例】对上面的分析进行检验。
include<stdio.h>intmain(){intn=0X8FA6002D;printf(%d,%d,%X\n,9&5,9&5,n&0XFFFF);return0;}运行结果：1,5,2D
二、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：
00000000000000000000000000001001 （9在内存中的存储）|  00000000000000000000000000000101 （5在内存中的存储）00000000000000000000000000001101 （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：
11111111111111111111111111110111 （9在内存中的存储）|  00000000000000000000000000000101 （5在内存中的存储）11111111111111111111111111110111 （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11111111111111110000000000000000）。【实例】对上面的分析进行校验。
include<stdio.h>intmain(){intn=0X2D;printf(%d,%d,%X\n,9|5,9|5,n|0XFFFF0000);return0;}运行结果：13,9,FFFF002D
三、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：
00000000000000000000000000001001 （9在内存中的存储）^ 00000000000000000000000000000101 （5在内存中的存储）00000000000000000000000000001100 （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：
11111111111111111111111111110111 （9在内存中的存储）^ 00000000000000000000000000000101 （5在内存中的存储）11111111111111111111111111110010 （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11111111111111110000000000000000）。【实例】对上面的分析进行校验。
include<stdio.h>intmain(){unsignedn=0X0A07002D;printf(%d,%d,%X\n,9^5,9^5,n^0XFFFF0000);return0;}运行结果：12,14,F5F8002D
四、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：
~00000000000000000000000000001001 （9在内存中的存储）11111111111111111111111111110110 （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：
~11111111111111111111111111110111 （9在内存中的存储）00000000000000000000000000001000 （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。
include<stdio.h>intmain(){printf(%d,%d\n,~9,~9);return0;}运行结果：10,8
五、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：
<<00000000000000000000000000001001 （9在内存中的存储）00000000000000000000000001001000 （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：
<<11111111111111111111111111110111 （9在内存中的存储）11111111111111111111111110111000 （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。
includeintmain(){printf(%d,%d\n,9<<3,(9)<<3);return0;}运行结果：72,72
六、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：
>>00000000000000000000000000001001 （9在内存中的存储）00000000000000000000000000000001 （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：
>>11111111111111111111111111110111 （9在内存中的存储）11111111111111111111111111111110 （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。
include<stdio.h>intmain(){printf(%d,%d\n,9>>3,(9)>>3);return0;}运行结果：1,2
补充二进制思想以及数据的存储
我们平时使用的数字都是由0~9共十个数字组成的，例如1、9、10、297、952等，一个数字最多能表示九，如果要表示十、十一、二十九、一百等，就需要多个数字组合起来。例如表示5+8的结果，一个数字不够，只能”进位“，用13来表示；这时”进一位“相当于十，”进两位“相当于二十。因为逢十进一，也因为只有0~9共十个数字，所以叫做十进(Decimalism）。进制也就是进位制。在进行加法（减法）运算时，逢X进（借）一就是X进制，这种进制也就包含X个数字，基数为X。十进制有0~9共10个数字，基数为10，在加减法运算中，逢十进一，借一当十。我们不妨将思维拓展一下，既然可以用0~9共十个数字来表示数值，那么也可以用0、1两个数字来表示数值，这就是二进制（Binary）。
二进制思想
二进制只有0和1两个数字，基数为2，在加减法运算中，逢二进一，借一当二。
表示数值：0、1、10、111、100、1000001加法：1+0=1、1+1=10、10+110=1000、111+111=1110减法：10=1、101=1、10011=1、1010101=101二进制和十进制的转换：十进制4321=4×103+3×102+2×101+1×100二进制1101=1×23+1×22+0×21+1×20=8+4+0+1=13二进制110.11=1×22+1×21+0×20+1×21+1×22=4+2+0+0.5+0.25=6.75在内存中，数据就是以二进制的形式存储的。内存中数据的存储
计算机要处理的信息是多种多样的，如十进制数、文字、符号、图形、音频、视频等，这些信息在人们的眼里是不同的。但对于计算机来说，它们在内存中都是一样的，都是以二进制的形式来表示。要想学习编程，就必须了解二进制，它是计算机处理数据的基础。内存条是一个非常精密的部件，包含了上亿个电子元器件，它们很小，达到了纳米级别。这些元器件，实际上就是电路；电路的电压会变化，要么是0V，要么是5V，只有这两种电压。5V是通电，用1来表示，0V是断电，用0来表示。所以，一个元器件有2种状态，0或者1。我们通过电路来控制这些元器件的通断电，会得到很多0、1的组合。例如，8个元器件有28=256种不同的组合，16个元器件有216=65536种不同的组合。虽然一个元器件只能表示2个数值，但是多个结合起来就可以表示很多数值了。一般情况下我们不一个一个的使用元器件，而是将8个元器件看做一个单位，即使表示很小的数，例如1，也需要8个，也就是00000001。1个元器件称为1比特（Bit）或1位，8个元器件称为1字节（Byte），那么16个元器件就是2Byte，32个就是4Byte，以此类推：
8×1024个元器件就是1024Byte，简写为1KB；8×1024×1024个元器件就是1024KB，简写为1MB；8×1024×1024×1024个元器件就是1024MB，简写为1GB。现在，你知道1GB的内存有多少个元器件了吧。我们通常所说的文件大小是多少KB、多少MB，就是这个意思。
单位换算：
8Bit=1Byte1024Byte=1KB1024KB=1MB1024MB=1GB1024GB=1TB你看，在内存中没有abc这样的字符，也没有gif、jpg这样的图片，只有0和1两个数字，计算机也只认识0和1。所以，计算机使用二进制，而不是我们熟悉的十进制，写入内存中的数据，都会被转换成0和1的组合。
关注我们：源世界关注百家号每天收听我们的消息，源世界为您奉上精品文章。欢迎订阅点赞，谢谢！
该话题由百家号作者日常生活Blog「简介:关注互联网发展和编程学习」
更多有关C语言学习：C语言位运算的话题讨论请访问百家号Litex小程序关注作者-日常生活Blog