C语言程序设计教程(第4版)第11章位运算.pptx

C语言程序设计教程 （第4版） 第11章 位运算 李丽娟 2013年2月 本章主要内容 1.按位取反运算 2.按位左移运算 3.按位左移运算 4.按位与运算 5.按位或运算 6.按位异或运算 7.复合位运算 第11章 位运算 C语言提供的位运算符共有6个： 运 算 符含 义优 先 级表达式样例 按位取反14a 按位右移11a4 i的二进制表示为： i=(85)10=(0000 0000 0101 0101)2 对i按位取反： i=(1111 1111 1010 1010) 2 此时，i的最高位为1，代表负数。为原数的补码形式。 实际上：i =(1111 1111 1010 1010) 2| 反码+1 =(1000 0000 0101 0101) 2 +1 =(1000 0000 0101 0110) 2 =-86 (注：负数取反时。符号位不变) 11.1 按位取反运算符 对于无符号整型数：unsigned int i=85; i的二进制表示为： i=(85)10=(0000 0000 0101 0101)2 对i按位取反： i=(1111 1111 1010 1010) 2 此时，i的最高位为1，仍然代表正数。 因此，i值就是i按位取反后的值： i=(1111 1111 010101)2 =(65450)10 11.1 按位取反运算符 小结： (1) C语言允许对有符号整型数进行位运算 缺点：不便于掌控程序本身的计算结果。 (2) 位运算适合于无符号的整型数 对于需要进行位运算操作的数据，通常应定义 成unsigned型。 (3) 位运算符不适合于浮点型数据。 11.1 按位取反运算符 【例11-1】 阅读下面的程序，了解不同类型的变量进行按位取 反运算的规则。 /*example11_1.c 了解按位取反运算的规则*/ #include void main() int i1=32767,i2=-32767,i3=10,i4=-10,i; unsigned int u1=65535,u2=0,u3=10,u; printf(“i1=%d,i1=%dn“,i1,i1); printf(“i2=%d,i2=%dn“,i2,i2); printf(“i3=%d,i3=%dn“,i3,i3); printf(“i4=%d,i4=%dn“,i4,i4); printf(“u1=%u,u1=%un“,u1,u1); printf(“u2=%u,u2=%un“,u2,u2); printf(“u3=%u,u3=%un“,u3,u3); 11.2 按位左移运算 按位右移表达式的形式： mn; 作用：将m的二进制位全部右移n位。 左边空出的位，分两种情况处理： m为正数，则m右移n位后，左边补n个零； n为负数，则m右移n位后，左边补n个符号位。 正数情况：unsigned int m=65; 即：m=(65)10=(0000 0000 0100 0001)2 则： m2= 00 0000 0000 0100 00 01 补入 丢弃 于是：m2=(0000 0000 0001 0000)2=260 11.3 按位右移运算 负数情况： n=(65)10=(1000 0000 0100 0001)2 在计算机中，65的补码为：1111 1111 1011 1111 (n)补2=11 1111 1111 1011 1111 补入 丢弃 即：n2=(1111 1111 1110 1111)补 =(1000 0000 0001 0001)2 =17 11.3 按位右移运算 小结 在C语言中，按位右移后左边补零的情况称为“逻辑右移” ，左边补1的情况称为“算术右移”。 亦即，对于整型变量m： 若m0，则mn为逻辑右移； 若mn为算术右移。 思考 (1) 请分析逻辑右移和算术右移的不同之处； (2) 请分析逻辑右移和算术右移运算时应注意些什么。 阅读【例11-3】的程序，了解按位左移运算的规则和作用。 11.4 “按位与” 运算符 即： a=(73)10=(0000 0000 0100 1001)2 b=(21)10=(0000 0000 0001 0101)2。 0000 0000 0100 1001 a的二进制值 对负数需要用其补码来计算 b|原码=(21)10=(1000 0000 0001 0101) b|补码=1111 1111 1110 1011 于是： 0000 0000 0100 1001 a的二进制值 即： a=(73)10=(0000 0000 0100 1001)2 b=(21)10=(0000 0000 0001 0101)2。 0000 0000 0100 1001 a的二进制值 | 0000 0000 0001 0101 b的二进制值 0000 0000 0101 1101 a|b 结果：a 对负数需要用其补码来计算 b|原码=(21)10=(1000 0000 0001 0101) b|补码=1111 1111 1110 1011 于是： 0000 0000 0100 1001 a的二进制值 | 1111 1111 1110 1011 b的补码 1111 1111 1110 1011 a|b的补码 结果：a|b=(1000 0000 0001 0101)2=21。 注意：a|b的补码并不是最后的结果。 11.5 “按位或”运算符 | 小结 (1)与0进行“按位或”运算的结果将保持自身的值不变；与l进行“ 按位或”运算的结果将变成1。 (2)实际应用时，可用来提取变量某些字节的值或将变量某些 字节的值变为1。例如： a的二进制值为：x x x x x x x x x x x x x x x x （x表示即可为0也可为1） b的二进制值为：0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 a|b的二进制值： x x x x x x x x 1 1 1 1 1 1 1 1 思考 请编写程序，从键盘输入一个无符号的整型数x，将x从低位数起的奇数位全 部换成1（如果原来该位值为1，则仍为1不变），偶数位保持不变。 参考【例11-5】的程序，了解按位或运算的规则和作用。 11.6 “按位异或”运算符 运算规则： 若a、b对应位的值相同，则该位的结果为0，否则为1。 即：00=0 01=1 10=1 11=0 按位异或表达式的一般形式：ab 作用：将变量a、b的二进制值按位进行异或运算。 若有：unsigned int a=73,b=21; 即： a=(73)10=(0000 0000 0100 1001)2 b=(21)10=(0000 0000 0001 0101)2。 0000 0000 0100 1001 a的二进制值 0000 0000 0001 0101 b的二进制值 0000 0000 0101 1100 ab 结果：a 对负数需要用其补码来计算 b|原码=(21)10=(1000 0000 0001 0101) b|补码=1111 1111 1110 1011 于是： 0000 0000 0100 1001 a的二进制值 1111 1111 1110 1011 b的补码 1111 1111 1010 0010 ab的补码 结果：ab=(1000 0000 0101 1110)2=94。 注意：ab的补码并不是最后的结果。 11.6 “按位异或”运算符 小结 (1) 任何二进制值与0相“异或”时，其值保持不变，与1相“异 或”时，其值取反。 (2) 实际应用时，可实现对指定位的二进制值取反或对指定位 的二进制值保持不变。 思考 (1) 怎样通过异或运算实现交换两个变量的值？ (2) 编写程序，将两个无符号的整数x和y从低位数开始的奇数 位上的值取反，偶数位上的值保持不变，改变后再交换两变量 的值。 参考【例11-6】的程序，了解按位异或运算的规则和作用。 11.7 复合位运算符 位运算符和赋值运算符一起可以组成复合位运算赋值运算符。 运 算 符表 达 式等价的表达式 a=a |=a|=b;a=a|b; =a=b;a=ab; =a=b;a=ab; 11.8 程序范例 思考1： 编写程序，取一整型数 a的二进制从右端开始的 4 7 位。 提示： 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b。即： ( 0 main( ) unsigned a, b, c, d ; scanf(“%ud”, b = a4; / b=a(m-n+1) / c = (0 n ; 将c与b进行按位或运算。 c = c | b 提示： 程序如下： #include main( ) unsigned a,b,c; int n; scanf(“a=%ud,n=%d”, b = an; c = c| b; printf(“%udn%udn”,a,c); 11.8 程序范例 【例11-7】 在互联网络中，计算机都是通过IP地址进行通信的，计 算机中的每一个IP地址都用一个32位的unsigned long型变量保存 ，它分别记录了这台计算机的网络ID和主机ID。请编写程序，从一 个正确的IP地址中分离出它的网络ID和主机ID。 分析：一个32位的IP地址可以分解成4个字节，每一个字节代表了IP地址 的段，如202.103.96.68就代表了一个合法的IP地址。 若用ip表示某计算机的IP地址，用mask表示其子网掩码。 则：ip&mask即可获得该计算机的网络ID； 其主机ID为：ip-(ip&mask)。 用sect1sect4代表IP地址从高到低4个字节的值；ip代表计算机的IP地 址；netmask代表计算的子网掩码；netid和hostid分别代表计算机的网 络IP和主机IP。 IP地址和子网掩码的值都通过键盘输入来模拟获取。 函数：unsigned long getIP()来获取IP和子网掩码的值。 参见程序： example11_7.c 11.8 程序范例 【例11-8】 编写程序，设计函数unsigned power2（ unsigned number,unsigned pow），通过调用函数， 计算number2pow。将计算结果返回并分别用整数形式 和二进制形式输出。 分析：number2pow相当于将number乘以pow个2。 如523，相当于5222。而对于无符号整型变量，左移1位 相当于将其乘以2，因此，计