C语言程序设计-提高篇-第4章 位运算

C语言程序设计

—提高篇第4章位运算内容概述位运算操作位段的概念

教学目标字节和位的有关概念；正确使用常见的位运算符和位运算操作；牢记位段的要领及位段的使用方法。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。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。4.1位运算符和位运算

位运算符(BitwiseOperators)运算符名称举例优先级~按位取反~flag(高)(算术运算符)<<左移a<<2>>右移b>>3(关系运算符)&按位与flag&0x37^按位异或flag^0xC4|按位或flag|0x5A(低)(赋值运算符)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&ba>>=b等价于a=a>>b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。负数以补码形式参与运算注意与逻辑运算区别按位与(BitwiseAND)运算规则0&0=0;0&1=0;1&0=0;1&1=1;用法按位清零保留某些指定位位运算符的使用例1#include<stdio.h>voidmain(){

int

a,b;

printf("Enteraandb:");

scanf("%d,%d",&a,&b);

printf("a&b=%d\n",a&b);}计算

010000(a)&011111(b)010000

001010(a)&010000(b)000000Enteraandb:16,31a&b=16Enteraandb:10,16a&b=0按位或(BitwiseInclusiveOR)运算规则0|0=0;0|1=1;1|0=1;1|1=1;用法按位定值为1例2#include<stdio.h>voidmain(){unsignedchara,b;

printf("Enteraandb:");

scanf("%o,%o",&a,&b);

printf("a|b=%o\n",a|b);}Enteraandb:20,30a|b=30Enteraandb:12,20a|b=32计算

010000(a)|011000(b)011000

001010(a)|010000(b)011010按位异或(BitwiseExclusiveOR,XOR)运算规则0^0=0;0^1=1;1^0=1;1^1=0;说明相“异”则为1，相“同”则为0例3以下程序的功能是将a数据的低4位取反。#include<stdio.h>voidmain(){unsignedchara=0x39,b=

;a=a^b;

printf("%x\n",a);}答案：0x0f

计算

00111001(a)^00001111(b)00110110与0相异或，保持原值不变与自身相异或，则全部位清零交换两个整数值a=a^b;b=b^a;a=a^b;交换两个整数值不用临时变量#include<stdio.h>voidmain(){

inta=3,b=4;a=a^b; b=b^a; a=a^b;

printf(“a=%db=%d\n",a,b);}结果：a=4b=3按位取反(One'sComplement)运算规则~0=1;~1=0;用法所有位翻转获得适用于不同系统的位运算模板例4#include<stdio.h>voidmain(){

inta=32767;

intb=~a;

printf("a=%d,b=%d\n",a,b);}结果：a=32767，b=-32768

计算a:原码:0111111111111111b:补码:1000000000000000左移(LeftShift)运算规则i<<n把i各位全部向左移动n位最左端的n位被移出丢弃最右端的n位用0补齐用法若没有溢出，则左移n位相当于乘上2n运算速度比真正的乘法和幂运算快得多例5以下程序的运行结果是

60。#include<stdio.h>voidmain(){ unsignedinta=15,b; b=a<<2;

printf("%d,%d\n",a,b);}例6以下程序的运行结果是

。#include<stdio.h>voidmain(){

inta=12,b; b=0x1f5&a<<3;

printf("%d,%d\n",a,b);}结果：12，96计算已知：0x1f5为111110101且：∵a为1100∴a<<3为1100000111110101&001100000001100000=96右移(RightShift)运算规则i>>n把i各位全部向右移动n位最右端的n位被移出丢弃最左端的n位用0补齐(逻辑右移)或最左端的n位用符号位补齐(算术右移)用法右移n位相当于除以2n，并舍去小数部分运算速度比真正的除法和幂运算快得多例7以下程序的运行结果是

4,5。#include<stdio.h>voidmain(){

inta=16,b=20;

printf("%d,%d",a>>2,b>>2);}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>>nc=c|b

例8:将16进制短整数按二进制打印输出 输入：F1E2

输出：1111000111100010

输入：13A5

输出：0001001110100101算法思想：从高位到低位逐位测试每一位是0或是1。可顺次设置屏蔽字分别为100000000000

0000、010000000000

0000、……、00000000

00000001，与该数进行&运算，从而保留所需的一个位的状态(其余各位为0)。若结果非零则输出1，否则输出0。#include<stdio.h>voidmain(){

inti; shorta;

scanf("%X",&a); for(i=15;i>=0;i--) printf("%1d",a&1<<i?1:0);}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”。4.2位段

位段的概念1.位段的含义位段是以位为单位定义长度的结构体类型中的成员.2、位段的构成例如:structpack{unsigneda:2;unsignedb:6;unsignedc:8;

intx;}data;这个结构体类型的变量在内存中的情况为:abcx26816也可以使各个字段不恰好占满一个字节structpack{unsigneda:2;unsignedb:6;unsignedc:4;

intx;}data;则内存中的分配形式为:此处：a,b,c共占2个字节中的12位，空闲4位,

int型的x从一个新的字节开始.abcx26416空闲4对位段中数据的引用方法1、方法：通过结构体成员来应用：如：data.a=2;data.b=6;2、要点：注意每个字段的最大取值范围.

如:data.a的取值只能是:0~3,

因为两位二进制最大表示的数为3. 1.若某个位段要从新的存储单元开始,可以这样定义:structpack{unsigneda:2;unsigned:0;unsignedb:4;unsignedc:4;intx;}data;注意：长度为0的位段的作用是使下一个位段的内容从新的存储单元开始存放。位段的使用要点位段的使用要点2.一个位段存储在同一个机器字中,不能跨字存储.如下面的定义是错误的(假设机器的字长为16位)structpack{unsigneda:2;unsignedb:5;unsignedc:10;unsignedd:4;

intx;}data;3.可以定义无名字段structpack{unsigneda:2;unsigned:5;/*空闲不用*/unsignedb:2;unsignedc:4;

intx;}data;位段的使用要点4.位段可以用十进制的整型形式输出,也可以用其他的整型格式输出(如八进制,十六进制和无符号),位段以整型的形式参加算术运算.分析下面的程序：例9：voidmain(){structpack{unsigneda:2;unsignedb:3;unsignedc:1;unsignedd:4;unsignede:3;};

union{structpackqp;unsignedi;}abc;

abc.i=255;

printf(“%d\n”,abc.qp.d);}位段的使用要点例10：分析下列程序的输出结果#defineN2#defineCUBE(X)(X*X*X)#include<stdio.h>voidmain(){

inti=N+2; i=CUBE(i);

printf("%d\n",i);}运行结果为：64

例11：下列程序的输出结果是什么?#include<stdio.h>voidmain()｛structequip

｛unsigneda：2；

unsignedb：3；

unsignedc：1；

unsignedd：4；

unsignede：3；

unsigned：3；｝；

union

｛structequipeq；