C语言程序设计教程课件 第11章-位运算

第11章位运算本章主要内容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14~a<<按位左移11a<<4>>按位右移11a>>4&按位与8a&b^按位异或7a^b|按位或6a|b第11章位运算11.1按位取反运算

按位取反表达式：~mi的二进制表示为：i=(85)10=(0000000001010101)2对i按位取反：

~i=(1111111110101010)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=(1111111110101010)2|

反码+1=(1000000001010101)2+1=(1000000001010110)2

=-86(注：负数取反时。符号位不变)

作用：对m的二进制值按位取反，即将1变成0，将0变成1。

例如，若有：inti=85;11.1按位取反运算

对于无符号整型数：unsignedinti=85;i的二进制表示为：

i=(85)10=(0000000001010101)2对i按位取反：~i=(1111111110101010)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=(1111111110101010)2

=(65450)1011.1按位取反运算

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按位取反运算例1：阅读【例11-1】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<stdio.h>intmain(){inti1=32767,i2=-32767,i3=10,i4=-10,i;unsignedintu1=65535,u2=0,u3=10,u;printf("i1=%d,~i1=%d\n",i1,~i1);printf("i2=%d,~i2=%d\n",i2,~i2);printf("i3=%d,~i3=%d\n",i3,~i3);printf("i4=%d,~i4=%d\n",i4,~i4);printf("u1=%u,~u1=%u\n",u1,~u1);printf("u2=%u,~u2=%u\n",u2,~u2);printf("u3=%u,~u3=%u\n",u3,~u3);return0;}

思考和分析程序的运行结果。11.2按位左移运算

按位左移表达式的形式：m<<n;

作用：将m的二进制位全部左移n位，右边空出的位补零。

高位左移后溢出，舍弃不起作用。若有：unsignedintm=65;即：m=(65)10=(0000000001000001)2则：m<<2=

000000000100000100↘丢弃↘补入于是：m<<2=(0000000100000100)2=26011.2按位左移运算

对于有符号的整型数，符号位是保留的。若有：intn=−65即：n=(−65)10=(1000000001000001)2实际计算时，是对其补码进行运算的：

1111111110111110→−65的反码

+0000000000000001

1111111110111111→−65的补码

(n)补<<1=(1

111111101111110)补码↘保留

↘补入因此：n<<1=(1111111101111110)补码

=(1000000010000010)2

=−13011.2按位左移运算

小结：

按位左移1位相当于原操作数乘以2；

因此，左移n位，相当于操作数乘以2n。例2：阅读【例11-2】的程序，了解按位左移运算的规则作用。

思考：按位左移的意义是什么，有什么限制？

思考：若整型数的字节长度为2个字节(16位)，

请分析下面的几种情况：(1)n为有符号整型变量，且n为偶数时，语句：n<<15;会是什么结果？(2)n为有符号整型变量，且n为奇数时，语句：n<<15;会是什么结果？11.3按位右移运算

按位右移表达式的形式：m>>n;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：

①m为正数，则m右移n位后，左边补n个零；

②n为负数，则m右移n位后，左边补n个符号位。正整数情况：unsignedintm=65;即：m=(65)10=(0000000001000001)2则：m>>2=

000000000001000001↘补入↘丢弃于是：m>>2=(0000000000010000)2=1611.3按位右移运算负整数情况：n=(−65)10=(1000000001000001)2在计算机中，−65的补码为：1111111110111111(n)补>>2=111111111110111111

↘补入

↘丢弃即：n>>2=(1111111111101111)补=(1000000000010001)2=−1711.3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m>0，则m>>n为逻辑右移，

运算结果为m/2n；

若m<0，则m>>n为算术右移。运算结果为(m/2n)+1；11.3按位右移运算例3：阅读【例11-3】的程序，了解按位右移运算的规则和作用。思考和分析：从程序的运行结果了解按位右移的运算规则。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。11.4按位与运算运算规则：

若a、b的值对应位都为1，则该位的结果为1，否则为0。即： 0&0=00&1=01&0=01&1=1若有：unsignedinta=73,b=21;即：a=(73)10=(0000000001001001)2b=(21)10=(0000000000010101)2。0000000001001001→a的二进制值

&0000000000010101→b的二进制值0000000000000001→

a&b结果：a&b=(0000000000000001)2=1

按位与表达式的一般形式：a&b作用：将变量a、b的二进制值按位进行与运算。11.4按位与运算对于有符号的整型数，若有：inta=73，b=−21;

对负数需要用其补码来计算b|原码=(−21)10=(1000000000010101)b|补码=1111111111101011于是：0000000001001001→a的二进制值

&1111111111101011→b的补码0000000001001001→a&b结果：a&b=(0000000001001001)2=73。11.4按位与运算小结(1)按位与运算的结果并不是很容易的能直观判断；(2)实际应用中常常是利用按位与运算的特点，进行一些特殊的操作，如清零、屏蔽等。思考(1)怎样实现对数据实现“清零”？(2)怎样通过“屏蔽”的方法实现对某数据的指定字节进行保留或提取？例4：阅读【例11-4】的程序，了解按位与运算的规则和作用。思考：按位与运算的主要功能和作用有那些？11.5按位或

运算运算规则：

若a、b的值对应位有1，则该位的结果为1，否则为0。即： 0|0=00|1=11|0=11|1=1

按位或表达式的一般形式：a|b作用：将变量a、b的二进制值按位进行或运算。若有：unsignedinta=73,b=21;即：a=(73)10=(0000000001001001)2b=(21)10=(0000000000010101)2。0000000001001001→a的二进制值

|0000000000010101→b的二进制值0000000001011101→

a|b结果：a|b=(0000000001011101)2=9311.5按位或

运算

对于有符号的整型数，若有：inta=73，b=−21;

对负数需要用其补码来计算b|原码=(−21)10=(1000000000010101)b|补码=1111111111101011于是：0000000001001001→a的二进制值

|1111111111101011→b的补码

1111111111101011→a|b的补码结果：a|b=(1000000000010101)2=−21。

注意：a|b的补码并不是最后的结果，结果为其反码。11.5按位或

运算小结(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：xxxxxxxxxxxxxxxx（x表示即可为0也可为1）b的二进制值为：0000000011111111a|b的二进制值：xxxxxxxx

1111

1111例5：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。参考程序：【例11-5】的程序example11_5.c思考和分析：按位或运算的主要功能和作用有哪些？11.6按位异或

运算运算规则：

若a、b对应位的值相同，则该位的结果为0，否则为1。即： 0^0=00^1=11^0=11^1=0

按位异或表达式的一般形式：a^b作用：将变量a、b的二进制值按位进行异或运算。若有：unsignedinta=73,b=21;即：a=(73)10=(0000000001001001)2b=(21)10=(0000000000010101)2。0000000001001001→a的二进制值

^0000000000010101→b的二进制值0000000001011100→

a^b结果：a^b=(0000000001011100)2=9211.6“按位异或”运算^

对于有符号的整型数，若有：inta=73，b=−21;

对负数需要用其补码来计算b|原码=(−21)10=(1000000000010101)b|补码=1111111111101011于是：000000000100

1001→a的二进制值

^1111111111101011→b的补码

1111111110100010→a^b的补码结果：a^b=(1000000001011110)2=−94。

注意：a^b的补码并不是最后的结果，结果为其反码。11.6按位异或

运算小结(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。11.6按位异或

运算例6：阅读【例11-6】的程序，了解按位异或运算的规则和作用。参考程序：【例11-6】的程序example11_5.c思考和分析：

1.按位异或运算的主要功能和作用有哪些？

2.实际应用可用来实现什么功能？

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&=b;a=a&b;|=a|=b;a=a|b;<<=a<<=b;a=a<<b;>>=a>>=b;a=a>>b;^=a^=b;a=a^b;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unsignedlong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)。11.8程序范例用sect1～sect4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：unsignedlonggetIP()来获取IP和子网掩码的值。参考程序：【例11-7】的程序example11_7.c思考和分析：

1.分析函数getIP()的算法思想，其中主要功能和作用有哪些？

2.能否修改程序也能完成程序的功能？

11.8程序范例【例11-8】

编写程序，设计函数unsignedpower2（unsignednumber,unsignedpow），通过调用函数，计算number×2pow。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：number×2pow相当于将number乘以pow个2。如5×23，相当于5×2×2×2。而对于无符号整型变量，左移1位相当于将其乘以2，因此，计算number×2pow的值可采用按位左移表达式进行运算：number=number<<pow;

参考程序：

example11_8.c思考和分析程序的算法，修改程序换一种算法来实现。11.8附加程序范例（可略）拓展思考例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)

a>>4

设置一个低4位全为1，其余全为0的数b。即：

~(~0<<4)

将两者进行&运算

程序如下：#inc