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1、第第12章章 位运算位运算为了节省内存空间，在系统软件中常将多个标志状态简单地组合在一起，存储到一个字节（或字）中。语言是为研制系统软件而设计的，所以她提供了实现将标志状态从标志字节中分离出来的位运算功能。所谓位运算是指，按二进制位进行的运算。12.1数值在计算机中的表示12.2位运算12.3位段Return12.1 数值在计算机中的表示数值在计算机中的表示 1.二进制位与字节二进制位与字节 计算机系统的内存储器，是由许多称为字节的单元组成的，1个字节由8个二进制位（bit）构成，每位的取值为0/1。最右端的那1位称为“最低位”，编号为0；最左端的那1位称为“最高位”，而且从最低位到最高位顺序
2、，依次编号。图11-1是1个字节各二进制位的编号。1个字节各二进制位的编号2.数值的原码表示数值的原码表示数值的原码表示是指，将最高位用作符号位（0表示正数，1表示负数），其余各位代表数值本身的绝对值（以二进制形式表示）的表示形式。765432103.数值的补码表示数值的补码表示数值的补码表示也分两种情况：（1）正数的补码：与原码相同。例如，+9的补码是00001001。（2）负数的补码：符号位为1，其余位为该数绝对值的原码按位取反；然后整个数加1。例如，-9的补码：因为是负数，则符号位为“1”；其余7位为-9的绝对值+9的原码0001001按位取反为1110110；再加1，所以-9的补码是1
3、1110111。11.2 位位 运运 算算11.2.1 位运算及其运算符位运算及其运算符 1按位与按位与&(1)格式：x&y(2)规则：对应位均为1时才为1，否则为0：3&9=1。例如，3&9=1：0011&10010001=1(3)主要用途：取(或保留)1个数的某(些)位，其余各位置0。2按位或按位或|(1)格式：x|y(2)规则：对应位均为0时才为0，否则为1：3|9=11。例如，3|9=11：0011|10011011=11(3)主要用途：将1个数的某(些)位置1，其余各位不变。3按位异或按位异或(1)格式：xy(2)规则：对应位相同时为0，不同时为1：39=10。(3)主要用途：使1个
4、数的某(些)位翻转(即原来为1的位变为0，为0的变为1)，其余各位不变。4按位取反按位取反(1)格式：x(2)规则：各位翻转，即原来为1的位变成0，原来为0的位变成1：在IBM-PC机中，00 xffff，9=0 xfff6。(3)主要用途：间接地构造一个数，以增强程序的可移植性。5按位左移按位左移(1)格式：x位数(2)规则：使操作数的各位左移，低位补0，高位溢出：5(1)格式：x位数(2)规则：使操作数的各位右移，移出的低位舍弃；高位：1)对无符号数和有符号中的正数，补0；2)有符号数中的负数，取决于所使用的系统：补0的称为“逻辑右移”，补1的称为“算术右移”。例如，202=5。说明：（1
5、）x、y和“位数”等操作数，都只能是整型或字符型数据。除按位取反为单目运算符外，其余均为双目运算符。（2）参与运算时，操作数x和y，都必须首先转换成二进制形式，然后再执行相应的按位运算。例如，5 2=5：1010000101。（3）实现&、|、运算主要用途的方法1）构造1个整数：该数在要取（或保留）的位、或要置1的位、或要翻转的位上为1，其余均为0。2）进行按位与、或按位或、或按位异或操作。（4）实现按位取反主要用途的方法1）求0，间接地构造一个全1的数；2）按需要进行左移或右移操作，构造出所需要的数。例如，直接构造一个全1的数，在IBM-PC机中为0 xffff（2字节），而在VAX-11/
6、780上，却是0 xffffffff（4字节）。如果用0来构造，系统可以自动适应。具体应用，请参见案例案例11.1。11.2.2 应用举例应用举例案案例例11.1从键盘上输入1个正整数给int变量num，输出由811位构成的数（从低位、0号开始编号）。基本思路基本思路：（1）使变量num右移8位，将811位移到低4位上。（2）构造1个低4位为1、其余各位为0的整数。（3）与num进行按位与运算。/*案例代码文件名：AL11_1.C*/*程序功能：输出一个整数中由811位构成的数*/main()intnum,mask;printf(Inputaintegernumber:);scanf(%d,&
7、num);num=8;/*右移8位，将811位移到低4位上*/mask=(04);/*间接构造1个低4位为1、其余各位为0的整数*/printf(result=0 x%xn,num&mask);程序演示程序演示程序运行情况：Inputaintegernumber:1000result=0 x3程序说明程序说明：(04)按位取0的反，为全1；左移4位后，其低4位为0，其余各位为1；再按位取反，则其低4位为1，其余各位为0。这个整数正是我们所需要的。案案例例11.2从键盘上输入1个正整数给int变量num，按二进制位输出该数。/*案例代码文件名：AL11_2.C*/*程序功能：按二进制位输出一个整
8、数*/#includestdio.hmain()intnum,mask,i;printf(Inputaintegernumber:);scanf(%d,&num);mask=115;/*构造1个最高位为1、其余各位为0的整数(屏蔽字)*/printf(%d=,num);for(i=1;i=16;i+)putchar(num&mask?1:0);/*输出最高位的值(1/0)*/num=1;/*将次高位移到最高位上*/if(i%4=0)putchar(,);/*四位一组，用逗号分开*/printf(bBn);程序演示程序演示程序运行情况：Inputaintegernumber:10001000=0
9、000,0011,1110,1000B11.2.3 说明说明1.复合赋值运算符除按位取反运算外，其余5个位运算符均可与赋值运算符一起，构成复合赋值运算符：&=、|+、=、=2.不同长度数据间的位运算低字节对齐，短数的高字节按最高位补位：（1）对无符号数和有符号中的正数，补0；（2）有符号数中的负数，补1。Return11.3 位段简介位段简介有时，存储1个信息不必占用1个字节，只需二进制的1个（或多个）位就够用。如果仍然使用结构类型，则造成内存空间的浪费。为此，C语言引入了位段类型。1.位段的概念与定义位段的概念与定义 所谓位段类型，是一种特殊的结构类型，其所有成员均以二进制位为单位定义长度，
10、并称成员为位段。例如，CPU的状态寄存器，按位段类型定义如下：structstatusunsignedsign:1;/*符号标志*/unsignedzero:1;/*零标志*/unsignedcarry:1;/*进位标志*/unsignedparity:1;/*奇偶/溢出标志*/unsignedhalf_carry:1;/*半进位标志*/unsignednegative:1;/*减标志*/flags;显然，对CPU的状态寄存器而言，使用位段类型（仅需1个字节），比使用结构类型（需要6个字节）节省了5个字节。2.说明说明（1）因为位段类型是一种结构类型，所以位段类型和位段变量的定义，以及对位段（
11、即位段类型中的成员）的引用，均与结构类型和结构变量一样。（2）对位段赋值时，要注意取置范围。一般地说，长度为n的位段，其取值范围是：0（2n-1）。（3）使用长度为0的无名位段，可使其后续位段从下1个字节开始存储。例如，structstatusunsignedsign:1;/*符号标志*/unsignedzero:1;/*零标志*/unsignedcarry:1;/*进位标志*/unsigned:0;/*长度为0的无名位段*/unsignedparity:1;/*奇偶/溢出标志*/unsignedhalf_carry:1;/*半进位标志*/unsignednegative:1;/*减标志*/flags;原本6个标志位是连续存储在1个字节中的。由于加入了1个长度为0的无名位段，所以其后的3个位段，从下1个字节开始存储，一共占用2个字节。（4）1个位段必须存储在1个存储单元（通常为1字节）中，不能跨2个。如果本单元不够容纳某位段，则从下1个单元开始存储该位段。（5）可以用%d、%x、%u和%o等格式字符，以整数形式输出位段。（6）在数值表达式中引用位段时，系统自动将位段转换为整型数。Return