C 位操作

C语言是一种中级语言，能对计算机硬件直接操作，这就涉及到位的概念。

一、位的概念
我们知道，在计算机中，一字节占8位(现在的某些电脑也有占16位的)，这样表示的数的范围为0-255，也即00000000-11111111。位就是里面的0和1。
char c=100;
实际上c应该是01100100，正好是64H。其中高位在前，低位在后。
| |
第7位 第0位

二、位逻辑运算符

符号 描述
& 位逻辑与
| 位逻辑或
^ 位逻辑异或
~ 取补

表 中除去最后一个运算符是单目运算符，其他都是双目运算符。这些运算符只能用于整型表达式。位逻辑运算符通常用于对整型变量进行位的设置、清零、取反、以及 对某些选定的位进行检测。在程序中一般被程序员用来作为开关标志。较低层次的硬件设备驱动程序，经常需要对输入输出设备进行位操作。

& 运算的规则是当两个位都为1时，结果为1，否则为0；
| 运算的规则是当两个位都为0时，结果为0，否则为1；
^ 运算的规则是当两个位相同时，结果为0，否则为1；
~ 运算的规则是当为1时结果为0，当为0时，结果为1。

设置位：设置某位为1，而其他位保持不变，可以使用位逻辑或运算。
char c;
c=c|0x40;
这样不论c原先是多少，和01000000或以后，总能使第6位为1，而其他位不变。

清除位：设置某位为0，而其他位保持不变。可以使用位逻辑与运算。
c=c&0xBF;
这样c和10111111与以后，总能使第6位为0，其他位保持不变。
那如果想让某位为1，其他位都为0怎么办呢？

三、位移运算符
符号 描述
<< 左移
>> 右移

位移运算符作用于其左侧的变量，其右侧的表达式的值就是移动的位数，运算结果就是移动后的变量结果。
b=a<<2;
就是a的值左移两位并赋值为b。a本身的值并没有改变。

向左移位就是在低位沙锅补0，向右移位就是在高位上补0。右移时可以保持结果的符号位，也就是右移时，如果最高位为1，是符号位，则补1而不是补0。

程序员常常对右移运算符来实现整数除法运算，对左移运算符来实现整数乘法运算。其中用来实现乘法和除法的因子必须是2的幂次。（即 2、4、8等，对应移动的位数就是1、2、3）

举例：输入一个整数，判断这个数中有几个二进制位1？例如输入67，输出结果应该为3。因为67的相应二进制数为00000000 01000011(0043H)，有3个1出现。
分析：要判断是不是1，只需要判断该位与1与以后是不是1就可以知道。一个整数，判断16次即可。

main()
{
int num,k;
int count=0; /* 记录1的个数 */
scanf(%d,&num);
for(k=0;k<16;k++)
{
if(num&1==1) count++; /* 判断最低位是不是1 */
num>>=1; /* num右移1位 */
}
printf(%d\n,count);
}

这样每次都判断最低位是不是1，判断完以后，让前面的右移一位即可。
对位的操作，一般程序中用的不多，但是在对计算机硬件操作时，肯定会涉及到。例如，我们以后要讲到的对串口和声卡操作就要用到一些。


自总结：

& 0 清零(置0）
& 1 保留原值

| 0 保留原值
| 1 置1

这两个操作都有保留原值的功能，这很关键。
由此，&与|的功效可以用置0和置1来区分


例：a = 1010

1. 取第二位：

即其他位置零，第二位保留原值,然后右移一位
(a&0010)>>1

或是先右移一位，然后高三位置零。
(a>>1)&0001

2. 高位第四位置0：

第四位置零，其他位保留原值。
a&0111

3.置第三位为1：

其他位保留原值，第三位置一。
a|0100

4.第三位置1，其他位置0：

(a|0100)&0100


总结：记住四个字 “与零或一” 即 “&0 |1” 功能对应 “置0置1”

所有需求都往这个上转化，先由此确定选用的位操作符，再看其他位是否需要保留，或者进一步选择下一步操作的位操作符。

比如：取某位，相当于其他位置0，所以就要用&操作。
再比如上方第四个例子。


抑或

a = 1001

a^1111 = 0110 //相当于取反

a^0000 = 1001 //相当于没变化

一个抑或的小例子：
题目：交换两个数，不用第三块儿内存

a ^=b;
b ^=a;
a ^=b;

或
a = a + b;
b = a - b;
a = a - b;

知识点：a^b^b = a; 即两次抑或相当于^0000，值不变。

以上转自：http://hi.baidu.com/donghaozheng/item/e7e0548f0d4810c698255fa5

 

 下面看一个小例子

从键盘读取一个整数，将该整数转换为它的二进制表示形式，使用移位运算符来实现。

将该整数和一个字符串地址传送给一个名为itobs（interger to binary string）然后该函数使用移位运算计算出正确的1和0 的组合，并放到字符串中。

假设系统使用8位表示一个字节，因此，表达式8*sizeof（int）是一个int的位数。考虑到结尾的空字符，bin_str数组的元素个数为这个表达式的值再加上1

因为itobs()函数返回的地址与传送给该函数的地址是相同的，因此可以将该函数作为printf() 的参数来使用。首次进行for循环时候ps[i] = (01 & n) + '0';01 & n是n的最后一位的值（掩码），得到的数值为0或1，但是字符数字需要得到的是字符'0'或'1'。对该值加上'0'的ASCII编码就可以完成转换

程序中还定义了show_bstr()函数，它把每四位分成一组，以便与读出字符串。

invert_end()函数为反转一个数值的最后n位。while循环创建该掩码，刚开始mask所有位都设为0，第一次循环的时候，该循环将位0设置为1，然后bitval的1位设置为1，下次循环mask的1位设置为1，bitval的2位设置为1，以此类推，最后得到所需反转n位的掩码mask

 

下面是运行结果