c语言第14章位运算

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1、教学内容： 14.1 位逻辑运算 14.2 位移位运算 14.3 复合位运算 14.4 位段 教学要求： 1.掌握按位与运算、按位或运算、按位异或运算、取反运算、左移运算、右移运算的运算规则。 2.掌握位段的应用。,第14章 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 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。 C 既具有高级语言的特点，又具有低级语言的功能，位运算能力就是其特色之一。 位运算就是指进行二进制位的运算。C提供的位运算有： 名称 运算符 名称 运算符 按位与 & 按位异或 按位或 左移 ,14.1 位 逻

2、 辑 运 算,1. 位运算说明 （1）位运算的操作数，只能是整型或字符型数据，不能为实型数据。 （2）位运算符中除按位取反“”为单目运算符外，其余均为二目运算符，即要求两侧各有一个运算量。 （3）参与运算时，操作数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。,2. 按位与运算符 (1) 按位与运算符：& (2) 按位与运算格式： 操作数 & 操作数 (3) 按位与运算规则 将2个操作数先转换成二进制数（补码），当参加运算的2个二进制数之对应位都为1，则该位的结果为1，否则为0 ,即： 0&0=0 0&1=0 1&0=0 1&1=1,例： 3&5=1 3的补码： 0 0 0 0 0 0

3、 1 1 5的补码： 0 0 0 0 0 1 0 1 3&5 0 0 0 0 0 0 0 1 取一个数中的某些指定位清零如： a: 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 b: 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 (377)8 a &b 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 结果得到 a 的低 8 位,(4) 按位与运算作用,main() int x,y; x=25; y=568; printf(“x&y:%dn”, x&y)； printf(“3&14:%dn”, 3&14)； printf(“3&14:%dn”,

4、 3&14)； printf(“12&12:%dn”, 12&12)； 运行结果： x&y: 24 3&14: 2 3&14: 12 12&12: 12,例14.1 编程对两个整型变量、整型常量分别进行按位与运算，并输出它们的值。程序如下,3.按位或运算 （1）按位或运算符： （2）按位或运算格式： 操作数 操作数 （3）运算规则：参加运算的两个运算量之对应位,只要有一个为1，则该位的结果为1。即： 0 0 = 0 0 1 = 1 1 0 = 1 1 1 = 1 例如： 00110000 (060)8 00001111 (017)8 00111111 (077)8 一个数与017进行按位或运算

5、，可将该数的低4位全置为1；与0377进行按位或运算，可将该数的低8位全置为1。,4. 异或运算 （1）运算符 （2）按位异或运算格式： 操作数操作数 （3）按位异或运算规则：参加运算的两个运算量的对应位相同，则该位的结果为0。否则为1。即： 0 0 = 0 0 1 = 1 1 0 = 1 1 1 = 0 （4）运算的用途：使指定的位翻转 如： 01111010 00001111 对应原数的低4位均置为1 01110101 原数的低4位被翻转,5.取反运算 （1）运算符 （2） 按位取反运算格式： 操作数 （3）按位取反运算规则 ：是对一个二进制数按位取反，即将0变为1，1变为0。例如： a

6、的补码： 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 a 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 （4）按位取反运算主要用途 按位取反运算主要用途是间接地构造一个数，以增强程序的可移植性。例如，通过求 0，可以间接地构造一个各位全1的二进制数。,main() int x=25 ; unsigned int y=0; printf(“25 :%dn”, 25)； printf(“x :%dn”, x )； printf(“y(1) :%dn”, y)； printf(“y(2) :%un”, y)； 运行结果： 25 : 26 x : 24 y(1)

7、: 1 y(2) : 65535,例14.2 编程输出按位取反运算的值。程序如下：,14.2 位 移 位 运 算,1.按位左移运算 (1)按位左移运算符： (2)按位左移运算格式： 操作数移位数 (3)按位左移运算规则:将一个操作数先转换成二进制数，然后将二进制数各位左移若干位，并在低位补若干个0，高位左移后溢出，舍弃不起作用。 (4)按位左移运算用途:将乘以 2n 的幂运算处理为左移 n 位。 例如： 72 按位左移表达式的值：28,例14.3 变量的位运算符 #include main() unsigned a; a=72; a printf(“a=%dn“,a); 运行结果：a=28,0

8、0 00 00 00 00 00 01 11,00 00 00 00 00 00 01 11 00,整体左移2位,后补2位0,2.右移运算 (1)按位右移运算符： (2)按位右移运算格式： 操作数移位数值 (3)按位右移运算规则:将一个操作数先转换成二进制数，然后将二进制数各位右移若干位，移出的低位舍弃；并在高位补位，补位分2种情况: 若为无符号数，右移时左边高位移入0。 若为有符号数，如果原来符号位为0(正数)，则左边补若干0 ；如果原来符号位为1 ，左边补若干0的称为“逻辑右移” ，左边补若干1的称为“算术右移”。如： a： 1001011111101101 (113755)8 逻辑右移

9、a1：0100101111110110 得045766 算术右移 a1：1100101111110110 得145766,(4) 按位右移运算主要用途 按位右移运算主要用途是对操作数做除法运算，即将一个操作数除以 2n 的幂运算处理为右移 n 位的按位右移运算。右移一位相当于除以2 ，右移 n 位相当于除以2n。 例14.4 从键盘上输入1个正整数给int变量n ，输出由811位构成的数（从低位、0号开始编号）。 基本思路： （1）使变量n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n 进行按位与运算。 （4）输出与运算结果。,程序如下： main

10、() int n , mask; printf(“Input a integer number: “); scanf(“%d“, ,例14.5 取一个整数 a 从右端开始的 4 7 位。 先使 a 右移 4 位。即：a(7 4 + 1 ) a4 设置一个低4位全为1，其余全为0 的数。即： ( 0 4; / b=a(m-n+1) / c = (04); / c=(0n) / d = b 运行情况： 1331 1331 15,字母o,0 000 001 011 011 001,0 000 000 000 101 101,a,b,例14.6从键盘上输入1个正整数给整型变量n，按二进制位输出该数。

11、#include “stdio.h“ main() int n, mask, i; printf(“Input a integer number: “); scanf(“%d“, 程序运行情况： Input a integer number:1000 1000=0000,0011,1110,1000B,1.复合位赋值运算符： 复合按位与赋值运算符 &= 复合按位或赋值运算符 = 复合按位异或赋值运算符 = 复合按位左移赋值运算符 = 2. 复合位赋值运算规则 复合位赋值运算规则与复合算术赋值运算规则相同。 运算符 表达式 等价表达式 &= x &=m x=x&m = x = m x=x m =

12、 x =m x=xm = x=n x=xn,14.3 复 合 位 运 算,14.4 位 段,C语言引入位段类型。使得当存储1个信息只需二进制的若干位时，二进制的1个（或多个）位就够用，就可以不必占用1个字节。 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 （1）位段类型：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，并称成员为位段。 （2）位段类型的定义 位段类型的定义格式： struct 位段类型名 类型说明符 成员名1: 长度； 类型说明符 成员名2: 长度； ; 位段类型成员的数据类型只能是： int 、unsig

13、ned int,（3） 位段类型变量的定义 先定义位段类型，再定义位段类型变量。 struct 位段类型名 类型说明符 成员名1: 长度; 类型说明符 成员名2: 长度; ; struct 位段类型名 变量名表列; 定义位段类型同时定义位段类型变量。 struct 位段类型名 类型说明符 成员名1: 长度; 类型说明符 成员名2: 长度; 变量名表列;,例如，CPU的状态寄存器，按位段类型定义如下： struct status unsigned sign: 1; /*符号标志*/ unsigned zero: 1; /*零标志*/ unsigned carry: 1; /*进位标志*/ uns

14、igned parity: 1; /*奇偶/溢出标志*/ unsigned half_carry: 1; /*半进位标志*/ unsigned negative: 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 （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（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， struct status unsigned sign: 1; /*符号标志*/ unsigned zero: 1; /*零标志*/ unsigned carry: 1; /*进位标志*/ unsigned : 0; /*长度为0的无名位段*/ unsigned parity: 1; /*奇偶/溢出标志*/ unsigned half_carry: 1; /*半进位标志*/ unsigned negative: 1; /*减标志*/ flags;