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1、第十二章1 1l l 主要内容主要内容12.112.112.112.1位运算符和位运算位运算符和位运算位运算符和位运算位运算符和位运算12.212.212.212.2位运算举例位运算举例位运算举例位运算举例12.312.312.312.3位段位段位段位段2 2 概念概念l l 位位运运算算是是指指按按二二进进制制位位进进行行的的运运算算。因因为为在在系系统统软软件件中中，常常要要处处理理二二进制位的问题。进制位的问题。l l 例例如如：将将一一个个存存储储单单元元中中的的各各二二进进制制位位左左移移或或右右移移一一位位，两两个个数数按按位位相加等。相加等。l l 语语言言提提供供位位运运算算的
2、的功功能能，与与其其他他高高级级语语言言（如如PASCALPASCAL）相相比比，具具有有很大的优越性。很大的优越性。3 34 12.1 位运算符和位运算运算符运算符 含义含义 运算符运算符 含义含义 按位与按位与 取反取反|按位或按位或 右移右移(1)(1)位运算符中除以外，均为二目（元）运算符，即要求两侧各有一个运算量。位运算符中除以外，均为二目（元）运算符，即要求两侧各有一个运算量。(2)(2)运算量只能是整型或字符型的数据，不能为实型数据。运算量只能是整型或字符型的数据，不能为实型数据。语言提供的位运算符有：说明：4 45 12.1.1“按位与”运算符（）按位与是指：按位与是指：参加运
3、算的两个数据，按二进制位进行参加运算的两个数据，按二进制位进行“与与”运算。如果两个相应的运算。如果两个相应的二进制位都为，则该位的结果值为；否则为。即：二进制位都为，则该位的结果值为；否则为。即：，例：例：例：例：并不等于，应该是按位与运算：并不等于，应该是按位与运算：注意：如果参加如果参加&运算的是运算的是负数（如负数（如-3&-5-3&-5），则要以），则要以补码形式表示为二进制数，补码形式表示为二进制数，然后再按位进行然后再按位进行“与与”运运算。算。0000001100000011(3)(3)&0000010100000101(5)(5)0000000100000001(1)(1)3
4、&5的值得5 56按位与的用途：若想对一个存储单元清零，即使其全部二进制位为，只要找一个二进制数，若想对一个存储单元清零，即使其全部二进制位为，只要找一个二进制数，其中各个位符合以下条件：其中各个位符合以下条件：原来的数中为的位，新数中相应位为。原来的数中为的位，新数中相应位为。然后使二然后使二者进行运算，即可达到清零目的。者进行运算，即可达到清零目的。(1)(1)清零清零 例：例：例：例：原有数为，另找一个数，原有数为，另找一个数，设它为，这样在原数为设它为，这样在原数为的位置上，该数的相应位值均为。将这两的位置上，该数的相应位值均为。将这两个数进行运算：个数进行运算：00101011001
5、01011&1001010010010100 0000000000000000 6 67 (2)(2)取一个数中某些指定位取一个数中某些指定位 如有一个整数（个字节），想要取其如有一个整数（个字节），想要取其中的低字节，只需将与中的低字节，只需将与8 8个个1 1按位与即可。按位与即可。0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0abc0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 07 78 (3)(3)保留一位的方法：与一个数进行运算，此数在该位取。保留一位的方法：与一个数进行运算，此数在该位取。即
6、：即：a=84,b=59a=84,b=59 c=c=a&ba&b=16=16例：例：例：例：有一数，想把其中左面第、位保留有一数，想把其中左面第、位保留下来，运算如下：下来，运算如下：0101010001010100(84)(84)&0011101100111011(59)(59)0001000000010000(16)(16)8 89 12.1.2“按位或”运算符（|）两个相应的二进制位中只要有一个为，该位的结果值为。两个相应的二进制位中只要有一个为，该位的结果值为。即即|，|，|，|例：例：例：例：060|017,060|017,将八进制数将八进制数6060与八进制数与八进制数1717进行
7、按位或运算。进行按位或运算。0011000000110000|0000111100001111 0011111100111111 9 910应用：应用：按位或运算常用来对一个数据的某按位或运算常用来对一个数据的某些位定值为。例如：如果想使一个数些位定值为。例如：如果想使一个数的低位改为，只需将与进行的低位改为，只需将与进行按位或运算即可。按位或运算即可。例：例：是一个整数（位），是一个整数（位），有表达式：有表达式：|则低位全置为，高位保留原样。则低位全置为，高位保留原样。10101112.1.3“异或”运算符（）异或运算符异或运算符也称也称XORXOR运算符。它的规则是：运算符。它的规则是：
8、若参加运算的两个二进制位若参加运算的两个二进制位同号则结果为（假）同号则结果为（假）异号则结果为（真）异号则结果为（真）即即:00=0:00=0，01=101=1，10=110=1，11=011=0即即即即:071052=023:071052=023:071052=023:071052=023（八进制数）（八进制数）（八进制数）（八进制数）0011100100111001 0010101000101010 0001001100010011 例：例：111112（）（）（）（）使特定位翻转使特定位翻转使特定位翻转使特定位翻转设有，想使其低位翻转，即变为，变为。设有，想使其低位翻转，即变为，变为。
9、可以将它与进行可以将它与进行运算，即：运算，即：运算符应用：运算符应用：0111101001111010 0000111100001111 0111010101110101 运算结果的低位正好是原数低位运算结果的低位正好是原数低位的翻转。可见，要使哪几位翻转就将与的翻转。可见，要使哪几位翻转就将与其进行其进行运算的该几位置为即可。运算的该几位置为即可。121213因为原数中的与进行因为原数中的与进行运算得，运算得，得，故保留原得，故保留原数数。例如：例如：01201200=01200=012（）（）（）（）与相与相与相与相，保留原值，保留原值，保留原值，保留原值 000010100000101
10、0 0000000000000000 0000101000001010131314（）（）交换两个值，不用临时变量交换两个值，不用临时变量例如：，。例如：，。想将和的值互换，可以用以下赋值语句实现：想将和的值互换，可以用以下赋值语句实现：abab;baba;abab;（）（abab的结果，的结果，a a已变成）已变成）（）（baba的结果，的结果，b b已变成）已变成）（）（abab的结果，的结果，a a已变成）已变成）141415 执执 行行 前前 两两 个个 赋赋 值值 语语 句句：“；”和和“；”相相 当当 于于b=b=b(abb(ab)。再再执执行行第第三三个个赋赋值值语语句句：。由由
11、于于a a的的值值等等于于（），b b的的值值等等于于（），因因此此，相相当当于于a=a=，即即a a的的值值等等于于，等于。，等于。得到原来的值。得到原来的值。即等效于以下两步：即等效于以下两步：151516 12.1.4“取反”运算符（）是是一一个个单单目目（元元）运运算算符符，用用来来对对一一个个二二进进制制数数按按位位取取反反，即即将将变变，将将变变。例例如如，是是对对八八进进制制数数（即即二二进进制制数数）按位求反。）按位求反。00000000000101010000000000010101（）（）1111111111101010 1111111111101010(八进制数八进制数八
12、进制数八进制数177752)177752)177752)177752)161617L6L7171718L8L9181819 12.1.5 左移运算符（）左移运算符是用来将一个数的各二进制位全部左移若干位。左移运算符是用来将一个数的各二进制位全部左移若干位。例如：例如：a=2a=)右移运算符是右移运算符是a2a2表示将表示将a a的各二进制位右移的各二进制位右移2 2位，移到右端的低位被位，移到右端的低位被舍弃舍弃,对无符号数对无符号数,高位补高位补0 0。例如：例如：a=017a=017时时:a a的值用二进制形式表示为的值用二进制形式表示为0000111100001111，舍弃低舍弃低2 2
13、位位1111：a2=00000011a2=00000011右移一位相当于除以右移一位相当于除以右移一位相当于除以右移一位相当于除以2 2 2 2 右移右移右移右移n n n n位相当于除以位相当于除以位相当于除以位相当于除以2n2n2n2n。212122在右移时,需要注意符号位问题：对无符号数,右移时左边高位移入0；对于有符号的值,如果原来符号位为0(该数为正),则左边也是移入0。如果符号位原来为1(即负数),则左边移入0还是1,要取决于所用的计算机系统。有的系统移入0,有的系统移入1。移入0的称为“逻辑右移”,即简单右移；移入1的称为“算术右移”。222223例：例：例：例：a a的值是八进
14、制数的值是八进制数113755113755：a:1001011111101101 a:1001011111101101 （用二进制形式表示）（用二进制形式表示）a1:0100101111110110 (a1:0100101111110110 (逻辑右移时逻辑右移时)a1:1100101111110110 (a1:1100101111110110 (算术右移时算术右移时)在有些系统中在有些系统中,a1,a1得八进制数得八进制数045766,045766,而在另一些系统上可能得到的是而在另一些系统上可能得到的是145766145766。Turbo CTurbo C和其他一些和其他一些C C编译采用
15、的是算术右移编译采用的是算术右移,即对有符号数右移时即对有符号数右移时,如果符号位原来为如果符号位原来为1 1，左面移入高位的是，左面移入高位的是1 1。23232412.1.7 12.1.7 12.1.7 12.1.7 位运算赋值运算符位运算赋值运算符位运算赋值运算符位运算赋值运算符 位运算符与赋值运算符可以组成复合赋值运算符。位运算符与赋值运算符可以组成复合赋值运算符。例如例如:&=,|=,=,=,=,=例：a&=b相当于 a=a&b a =2相当于a=a 4 目的是使要取出的那几位移到最右端 未右移时的情况 右移4位后的情况 262627 设置一个低4位全为1,其余全为0的数。(0 4)
16、&(0 4)程序如下：#include void main()unsigned a,b,c,d;scanf(“%o”,&a);b=a4;c=(04);d=b&c;printf(“%o,%dn%o,%dn”,a,a,d,d);运行情况如下：（输入），217（的值），13 （的值）输入的值为八进制数331，其二进制形式为11011001 经运算最后得到的d为00001101 即八进制数，十进制数13。272728例例12.2 12.2 循环移位循环移位要求将进行右循环移位 将右循环移位，即将中原来左面（）位右移位，原来右端位移到最左面位。282829 将的右端位先放到中的高位中，实现语句：（）；将
17、右移位，其左面高位位补，实现语句：；将与进行按位或运算，即|；步骤：292930程序如下：#include void main()unsigned a,b,c;int n;scanf(“a=%o,n=%d”,&a,&n);b=an;c=c|b;printf(“%on%o”,a,c);运行情况如下：，3 运行开始时输入八进制数运行开始时输入八进制数157653157653，即二进制数即二进制数11011111101010111101111110101011循环右移位后得二进制数循环右移位后得二进制数01111011111101010111101111110101即八进制数即八进制数7576575
18、765303031 12.3 位段 信息的存取一般以字节为单位。实际上，有时存储一个信息不必用一个或多个字节，例如，“真”或“假”用或表示，只需位即可。在计算机用于过程控制、参数检测或数据通信领域时，控制信息往往只占一个字节中的一个或几个二进制位，常常在一个字节中放几个信息。313132(1)(1)可以人为地将一个整型变量可以人为地将一个整型变量datadata分为几部分。分为几部分。但是用这种方法给一个字节中某几位赋值太麻烦。可以位段结构但是用这种方法给一个字节中某几位赋值太麻烦。可以位段结构体的方法。体的方法。怎样向一个字节中的一个或几个二进制位赋值和改变它的值呢？可以用以下两种方法:（2
19、 2）位段）位段 C 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以位为单位的成员称为“位段位段”或称或称“位域位域”(bit field)(bit field)。利用位段。利用位段能够用较少的位数存储数据。能够用较少的位数存储数据。323233程序如下：struct packed-data unsigned ：；unsigned：；unsigned：；unsigned：；int；data；333334（1 1）位段成员的类型必须指定为）位段成员的类型必须指定为unsignedunsigned
20、或或intint类型。类型。（2 2）若某一位段要从另一个字开始存放，可用以下形式定义：若某一位段要从另一个字开始存放，可用以下形式定义：unsigned unsigned ：1 1；unsignedunsignedb b：；一个存储单元：；一个存储单元 unsignedunsigned：；：；unsignedunsigned：；另一存储单元：；另一存储单元 a a、b b、c c应连续存放在一个存储单元中，由于用了长度为的位段，其作用是使下应连续存放在一个存储单元中，由于用了长度为的位段，其作用是使下一个位段从下一个存储单元开始存放。因此，只将一个位段从下一个存储单元开始存放。因此，只将a
21、a、b b存储在一个存储单元中，存储在一个存储单元中，c c另存在下一个单元另存在下一个单元(“(“存储单元存储单元”可能是一个字节，也可能是可能是一个字节，也可能是2 2个字节，视不同个字节，视不同的编译系统而异的编译系统而异)。关于位段的定义和引用的说明：343435(3)(3)一个位段必须存储在同一存储单元中，不能跨两个单元。如果第一个单一个位段必须存储在同一存储单元中，不能跨两个单元。如果第一个单元空间不能容纳下一个位段，则该空间不用，而从下一个单元起存元空间不能容纳下一个位段，则该空间不用，而从下一个单元起存放该位段。放该位段。(4)(4)可以定义无名位段。可以定义无名位段。(5)(5)位段的长度不能大于存储单元的长度，也不能定义位段数组。位段的长度不能大于存储单元的长度，也不能定义位段数组。(6)(6)位段可以用整型格式符输出。位段可以用整型格式符输出。(7)(7)位段可以在数值表达式中引用，它会被系统自动地转换成整型数。位段可以在数值表达式中引用，它会被系统自动地转换成整型数。关于位段的定义和引用的说明：3535