《位運(yùn)算(人民郵電管銀枝主篇).ppt》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《位運(yùn)算(人民郵電管銀枝主篇).ppt（38頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第十一 位運(yùn)算,C語(yǔ)言既具有高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn),也具有低級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)。本節(jié)所講的位運(yùn)算就具有低級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，并被廣泛用于對(duì)底層硬件、外圍設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)和控制。 計(jì)算機(jī)真正執(zhí)行的是由0和1信號(hào)組成的計(jì)算機(jī)指令，數(shù)據(jù)也是以二進(jìn)制形式表示的。因此最終要實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的操作，就要對(duì)這些0和1進(jìn)行操作。每一個(gè)0和1的狀態(tài)稱(chēng)為一個(gè)“位”（bit）的狀態(tài)。有了位運(yùn)算，C語(yǔ)言就能編寫(xiě)出直接對(duì)計(jì)算機(jī)硬件進(jìn)行操作的程序。,本章主要內(nèi)容,11.1 位運(yùn)算及位運(yùn)算符概述 11.2 位運(yùn)算 11.3 位域 11.4 位運(yùn)算應(yīng)用舉例,11.1位運(yùn)算及位運(yùn)算符概述,11.1.1 位運(yùn)算概述 所謂位運(yùn)算是指對(duì)操作數(shù)以二進(jìn)制位（

2、bit）為單位進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理。每一個(gè)二進(jìn)制位只能存放1位二進(jìn)制數(shù)“0”或“1”，因此位運(yùn)算符的運(yùn)算對(duì)象是一個(gè)二進(jìn)制數(shù)位的集合。 通常把組成一個(gè)數(shù)據(jù)的最右邊的二進(jìn)制位稱(chēng)作第0位，從右向左依次稱(chēng)為第1位，第2位，，最左邊一位稱(chēng)作最高位。,1112位運(yùn)算符位的種類(lèi),C語(yǔ)言中，位運(yùn)算包括邏輯位運(yùn)算和移位位運(yùn)算。 1、邏輯位運(yùn)算分為四種：位反、位與、位或、位異 2、移位位運(yùn)算分為二種：左移與右移。 在c語(yǔ)言中的移位不是循環(huán)移動(dòng)，經(jīng)過(guò)移位后一端的位被“擠掉”，而另一端空出的位補(bǔ)0。,,3、位復(fù)合賦值運(yùn)算符 類(lèi)似于算術(shù)的復(fù)合運(yùn)算符，位運(yùn)算符和賦值運(yùn)算符也可以構(gòu)成復(fù)合賦值運(yùn)算符。,,4、關(guān)于位運(yùn)算符

3、的幾點(diǎn)說(shuō)明 （1）在邏輯位運(yùn)算中，的優(yōu)先級(jí)高于算術(shù)運(yùn)算符、關(guān)系運(yùn)算符、邏輯運(yùn)算符， 其他位運(yùn)算符則低于關(guān)系運(yùn)算符、高于邏輯運(yùn)算符。 （2）參加位運(yùn)算的操作數(shù)必須是整型或字符型數(shù)據(jù)(常量或變量),不能是其它類(lèi)型的數(shù)據(jù)。 （3）兩個(gè)長(zhǎng)度不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行位運(yùn)算時(shí)，系統(tǒng)先將兩者的右端對(duì)齊，短的運(yùn)算對(duì)象若是有符號(hào)數(shù)則按符號(hào)位擴(kuò)展，若是無(wú)符號(hào)數(shù)則以“0”擴(kuò)充。 （4）位運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)如下：按位取反運(yùn)算符“”的優(yōu)先級(jí)最高，高于所有的雙目運(yùn)算符；其次是左移運(yùn)算符“”,其優(yōu)先級(jí)高于關(guān)系運(yùn)算符；最低的是按位與“ int mask,i,count=0; printf(請(qǐng)輸入一個(gè)字符：); ch=getchar();

4、printf(該字符的ASCII是%dn,ch); mask=0 x80; for(i=0;i=1; printf(ASCII中1的個(gè)數(shù)有： %dn,count); getch(); ,11.2 1 按位取反運(yùn)算,按位取反運(yùn)算是用來(lái)對(duì)二進(jìn)制按位進(jìn)行取反運(yùn)算，是單目運(yùn)算符。按位取反運(yùn)算符用“”表示。按位取反運(yùn)算符是位運(yùn)算中惟一的單目運(yùn)算符，運(yùn)算對(duì)象應(yīng)置于運(yùn)算符的右邊。 1、按位取反運(yùn)算的運(yùn)算規(guī)則 按位取反運(yùn)算的運(yùn)算規(guī)則：把運(yùn)算對(duì)象的內(nèi)容按位取反，將每一位上的0變1，1變0。 即0=1，1=0。 例如：對(duì)十六進(jìn)制數(shù)32進(jìn)行取反。 0 0 1 1 0 0 1 0=1 1 0 0 1 1 0 1 結(jié)

5、果為1 1 0 0 1 1 0 1。 又如： a=0000 0000 0000 1011，則表達(dá)式a的值為1111 1111 1111 0100。 unsigned char a,b; /*定義兩個(gè)無(wú)符號(hào)字符型變量a，b* b=a /*對(duì)變量a全部位取反，結(jié)果賦值給b*/ printf(a =%dn,b); /*輸出十進(jìn)制b值*/,,2、按位取反運(yùn)算的主要應(yīng)用 按位取反運(yùn)算的主要應(yīng)用：用來(lái)適應(yīng)不同字長(zhǎng)型號(hào)的機(jī)型，幫助得到使原數(shù)最低位為0。例如：想使a中最低位為0，可讓a=a c=a 運(yùn)行結(jié)果： a=264,b=255,c=13 （2）測(cè)試指定位的值：要判斷某一指定位的值是否為1或0，只需

6、將這一位與1進(jìn)行“按位與”操作，然后判斷結(jié)果是否為1或0即可。,,例：設(shè)x是一個(gè)字符型變量（8位二進(jìn)制位），判斷x的最低位是否為1。 方法是：把x和0 x01進(jìn)行“按位與”運(yùn)算，如果結(jié)果為1則x的最低位是1。 x =* * * * * * * * 運(yùn)行結(jié)果： x=268,y=1,z=0 應(yīng)當(dāng)注意：“按位與”運(yùn)算 z=x|y; printf(x=%d,y=%d,z=%dn,x,y,z); ,11.2.4 按位異或運(yùn)算,按位異或運(yùn)算符是指參與運(yùn)算的兩個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制位進(jìn)行邏輯按位異或的操作，用“”表示。 1、按位異或運(yùn)算符的運(yùn)算規(guī)則 按位異或運(yùn)算符的運(yùn)算規(guī)則：若兩個(gè)運(yùn)算對(duì)象的對(duì)應(yīng)二進(jìn)制位不同，則

7、結(jié)果的對(duì)應(yīng)數(shù)位為1，否則為0。按位異或運(yùn)算可能的運(yùn)算組合及其運(yùn)算結(jié)果如下所示： 00=0 10=1 01=1 11=0 例如，x=0000 0000 0000 1011，y=0000 0000 0000 1010，則表達(dá)式xy的計(jì)算結(jié)果如下：,,又如： c=106 10: 0000,0000,0000,1010 printf(請(qǐng)輸入一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)a：n); scanf(%x, ,11.2.5 左移運(yùn)算,左移運(yùn)算符是把“<<”符號(hào)左邊的運(yùn)算數(shù)的各二進(jìn)制位全部左移若干位，移動(dòng)的若干位由“<<”符號(hào)右邊的數(shù)指定，高位丟棄，低位補(bǔ)0，用“<<”表示。 1、左移運(yùn)算符的運(yùn)算規(guī)則 左移運(yùn)算

8、符的運(yùn)算規(guī)則：將運(yùn)算對(duì)象中的每個(gè)二進(jìn)制數(shù)位向左移動(dòng)若干位，從左邊移出去的高位部分被丟棄，右邊空出的低位部分用“0”補(bǔ)齊。 例如：x=0000 0000 0000 1011，則x<<2的結(jié)果為0000 0000 0010 1100。 又例如：左移運(yùn)算舉例： char a=30； a=a<<2； 結(jié)果如下： （30）=（0001，1110）（二進(jìn)制） 左移后為（120）=（0111，1000）（二進(jìn)制）,,注意： 若移出的高位部分不包含數(shù)位1，則每左移1位，相當(dāng)于乖2，左移n 位相當(dāng)于乖2的n次方。 若對(duì)c=44(00101100)進(jìn)行下面的操作： c=c<<1；c的值變?yōu)?8（010110

9、00） c=c<<1；c的值變?yōu)?76（10110000）,11.2.6 右移運(yùn)算,右移運(yùn)算符把運(yùn)算符左邊的運(yùn)算數(shù)的各二進(jìn)制位全部右移若干位，用“”表示，移動(dòng)的若干位由“”符號(hào)右邊的數(shù)指定。 右移運(yùn)算符的運(yùn)算規(guī)則：將運(yùn)算對(duì)象中的每個(gè)二進(jìn)制數(shù)位向右移動(dòng)若干位，從右邊移出去的低位部分被丟棄，左邊空出的高位部分的處理分兩種情況。對(duì)無(wú)符號(hào)數(shù)和正數(shù)來(lái)講，左邊空出的高位部分補(bǔ)“0”；對(duì)負(fù)數(shù)來(lái)講，左邊空出的高位部分補(bǔ)“0”還是補(bǔ)“1”，與所使用的編譯程序有關(guān)，有的編譯程序補(bǔ)“0”，稱(chēng)為邏輯右移，有的編譯程序補(bǔ)“1”，稱(chēng)為算術(shù)右移。 例如： char a=0 x78； a=a2； 結(jié)果如下： 16進(jìn)制78=1

10、20=（0111，1000）（二進(jìn)制） 右移后為：（30）=（0001，1110）（二進(jìn)制）,,應(yīng)當(dāng)注意： （1）若移出的位全為0，則每右移1位，相當(dāng)于除2，右移n 位相當(dāng)于除2的n次方。 （2）當(dāng)進(jìn)行右移運(yùn)算時(shí)，操作結(jié)果與操作數(shù)是否帶符號(hào)有關(guān)。 v無(wú)符號(hào)操作數(shù)右移時(shí)，左端出現(xiàn)的空位補(bǔ)0，右端移出的數(shù)據(jù)舍去。 v帶符號(hào)操作數(shù)右移時(shí)，左端出現(xiàn)的空位補(bǔ)符號(hào)位。若符號(hào)位為0則左邊也是移入0，若符號(hào)位為1則左端也是移入1，移出的數(shù)據(jù)舍去。 例如：帶符號(hào)數(shù)a=16和無(wú)符號(hào)數(shù)b=240，進(jìn)行下列操作： a=a1；a的值變?yōu)?（11111000） b=b1；b的值變?yōu)?20（01111000） a=a1；a

11、的值變?yōu)?（11111100） b=b1；b的值變?yōu)?0（00111100）,11.3 位域,在程序設(shè)計(jì)中，有時(shí)存儲(chǔ)一個(gè)信息不必用一個(gè)或多個(gè)字節(jié)，可以在一個(gè)字節(jié)中存放一個(gè)或多個(gè)信息。例如，“真”或“假”用1或0表示，只需一位即可，如果用一個(gè)變量來(lái)存儲(chǔ)，則將浪費(fèi)存儲(chǔ)空間。為了解決該問(wèn)題，C語(yǔ)言提供了位段操作。 在前面介紹的位與運(yùn)算、位或運(yùn)算、位異或運(yùn)算、反運(yùn)算、左移運(yùn)算、右移運(yùn)算等幾種的綜合運(yùn)算，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)某一位或某幾位的存取，但較麻煩。c語(yǔ)言中允許在結(jié)構(gòu)體中以位為單位來(lái)指定其成員所占的內(nèi)存長(zhǎng)度，這種以位為單位的成員就稱(chēng)為位段或位域（bit field）。 所謂位段是由一個(gè)或多個(gè)二進(jìn)制數(shù)位組成的

12、，它是數(shù)據(jù)的一種壓縮形式。位段是一種特殊的壓縮形式結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)中的成員，它的特殊性在于它是以位為單位定義長(zhǎng)度的。,11.3.1 位域或位段(bit field)的定義形式,c語(yǔ)言中允許在結(jié)構(gòu)體中以位為單位來(lái)指定其成員所占的內(nèi)存長(zhǎng)度，這種以位為單位的成員就稱(chēng)為位段或位域（bit field）。 所謂位段是由一個(gè)或多個(gè)二進(jìn)制數(shù)位組成的，它是數(shù)據(jù)的一種壓縮形式。位段是一種特殊的壓縮形式結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)中的成員，它的特殊性在于它是以位為單位定義長(zhǎng)度的。,11.3.1 位域或位段(bit field)的定義形式,位域或位段（bit field）的定義形式如下： struct 位域結(jié)構(gòu)體名 位域列表 其中，位域列

13、表的形式為： 類(lèi)型說(shuō)明符 位域名：位域長(zhǎng)度； 其中，位域名的類(lèi)型必須指定為unsigned int 型或int型，一般為unsigned型。位域長(zhǎng)度以二進(jìn)制位為單位。例如： struct bs unsigned int a:1; unsigned int b:3; unsigned int c:4; bit,*pbit; 定義了結(jié)構(gòu)體bs，該結(jié)構(gòu)體變量共有3個(gè)成員，其中a，b，c成員是位段，分別占1位、3位、4位，共占1個(gè)字節(jié)。,,又如： struct wd unsigned a:2; unsigned b:3; unsigned c:6; unsigned d:4; int k

14、; dat; 定義了結(jié)構(gòu)體wd，該結(jié)構(gòu)體變量共有5個(gè)成員，其中a、b、c、d成員是位段，分別占2位、3位、6位、4位，k是的一般成員，k占2個(gè)字節(jié)。,11.3.2 位域的引用,位域的引用方法與引用結(jié)構(gòu)體變量中的成員相同，即： 位域結(jié)構(gòu)體名.位域名 在C語(yǔ)言中，可以通過(guò)賦值語(yǔ)句給位域賦值。例如： struct bs unsined a:6； int b:2； int c:8； data; 這里定義一個(gè)位域結(jié)構(gòu)bs，同時(shí)定義了data為bs變量，共占兩個(gè)字節(jié)。其中位域a占6位，b占2位，c占8位。 位域中數(shù)據(jù)的引用為： data.a=7； data.b=1； data.c=9；,注意：,1、賦值

15、時(shí)不能超過(guò)位域允許的最大值范圍，如data.b 只占2個(gè)位，最大值為3，此時(shí)若把8（二進(jìn)制為1000）賦給它，就會(huì)自動(dòng)取賦予該數(shù)的低位，也是就00，最終data.b的值為0。 2、位域還可以用整型格式符輸出。例如： printf(“%d,%d,%dn”,data.a,data.b,data.c); 也可以用%u、%o、%x等格式符輸出。,11.4 位運(yùn)算應(yīng)用舉例,例：從鍵盤(pán)上輸入一個(gè)正整數(shù)n，判斷此數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù)。 分析：奇數(shù)的二進(jìn)制表示中右邊的第1位為1，偶數(shù)的二進(jìn)制表示中右邊的第1位為0。因此該題就轉(zhuǎn)換為取該數(shù)右邊的第1位，并判斷其值是否為0。 程序清單如下： main( ) int

16、n; printf(請(qǐng)輸入一個(gè)大于0的數(shù) n:); scanf(%d, ,例：將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。,分析：人們有時(shí)希望知道某個(gè)十六進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制數(shù)是什么，但C語(yǔ)言的printf()函數(shù)只提供%x，%d，%o方式輸出一個(gè)整數(shù)（即十六進(jìn)制，十進(jìn)制，八進(jìn)制）而不能直接輸出一個(gè)整數(shù)的二進(jìn)制形式，需要人工轉(zhuǎn)換，很不方便。在這里可以用位運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)此功能。 采用的方法是：對(duì)一個(gè)整數(shù)num（16位）的每一位進(jìn)行測(cè)試，視其為0還是為1，可以設(shè)置一個(gè)屏蔽字與該數(shù)進(jìn)行 該bit的值（非1即0）就是num第15位之值。下面處理第14位，此時(shí)mask應(yīng)改為0 x4000，也就是使mask右移一位。,,main(

17、) int j,num,bit; unsigned int mask; mask=0 x8000; printf(n請(qǐng)輸入一個(gè)數(shù)十六進(jìn)制的數(shù):); scanf(%x, ,本章小結(jié),C語(yǔ)言是為了描述系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，它既具有高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，又具有低級(jí)語(yǔ)言的功能。位運(yùn)算就是其低級(jí)語(yǔ)言的功能，本章介紹了位運(yùn)算和位域。 1、位運(yùn)算 所謂位運(yùn)算是指對(duì)二進(jìn)制數(shù)位進(jìn)行的運(yùn)算。每一個(gè)二進(jìn)制數(shù)位只能存放0或1，因此位運(yùn)算符的運(yùn)算對(duì)象是一個(gè)二進(jìn)制數(shù)位的集合。本章介紹了C語(yǔ)言提供的六種位運(yùn)算符（按位與&、按位或|、按位異或、按位取反、左移）的格式、運(yùn)算規(guī)則、主要用途及實(shí)現(xiàn)方法。 2、位域 位域是一種比較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)體，它以位為單位來(lái)指定其成員所占內(nèi)存的長(zhǎng)度，這種以位為單位的成員構(gòu)成的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為“位域”或稱(chēng)為“位段”。本章介紹了位域的概念、定義及引用方法。,,,,,,,