教学材料《C语言》-第十一章

11.1位运算符

C语言既具有高级语言的特点,也具有低级语言中按位运算的功能。因此,C语言被广泛应用于开发系统软件和应用软件。掌握位运算,对于编写控制位一级运算的程序非常重要。前面章节介绍的各种运算都是以字节作为最基本单位进行的。但在很多系统程序中常要求在位(bit)一级进行运算或处理。C语言提供了位运算的功能。所谓位运算,是指对二进制位进行的运算。这使C语言能像汇编语言一样用来编写系统程序。下一页返回11.1位运算符

C语言提供了6种位运算符,如表11.1所示。【说明】(1)表11.1所示的运算符除~为单目运算符外,其余均为双目运算符,即要求两侧各有一个运算量。(2)位运算量只能是整型或字符型数据,不能为实型或他类型数据。上一页下一页返回11.1位运算符

1.按位与运算符(&)按位与运算符(&)是双目运算符,其功能是参与运算的两数各对应的二进制位相与。只有对应的两个二进制位均为1时,结果位才为1;否则,结果为0。参与运算的数以补码方式出现。按位与运算符(&)可简单描述为0&0=0;0&1=0;1&0=0;1&1=1;例如,9&5可写算式如下:可见,9&5=1。按位与运算通常用来对某些位清0或保留某些位。例如,把a的高8位清0,保留低8位,可作a&255运算(255的二进制数为0000000011111111)。上一页下一页返回11.1位运算符

【例11-1】按位与运算符程序使用示例。上一页下一页返回11.1位运算符

2.按位或运算符(|)按位或运算符(|)是双目运算符,其功能是参与运算的两数各对应的二进制位相或。只要对应的二个二进制位有一个为1时,结果位就为1。参与运算的两个数均以补码出现。按位或运算符(|)可简单描述为0|0=0;0|1=1;1|0=1;1|1=1;例如,9|5可写算式如下:可见,9|5=13。按位或运算常用来对一个数据的某些位定值为1。例如,a是一个整数(16位),作a|255(255的二进制数为0000000011111111)运算后,低8位全部置为1,高8位保留原样。上一页下一页返回11.1位运算符

【例11-2】按位或运算符程序使用示例。运行结果:上一页下一页返回11.1位运算符

3.按位异或运算符(^)按位异或运算符(^)是双目运算符,其功能是参与运算的两数各对应的二进制位相异或。当两对应的二进制位相异时,结果为1。参与运算的两个数仍以补码出现。按位异或运算符(^)可简单描述为0^0=0;0^1=1;1^0=1;1^1=0;例如,9^5可写算式如下:可见,9^5=12上一页下一页返回11.1位运算符

按位异或运算可以使某些特定位翻转。例如,要想对00001001的低4位翻转,则可将其与00001111进行按位异或运算。上一页下一页返回11.1位运算符

【例11-3】按位异或运算符程序使用示例。上一页下一页返回11.1位运算符

4.取反运算符(~)取反运算符(~)为单目运算符,具有右结合性。其功能是对参与运算的数的各二进制位按位求反,即1变为0,0变为1。取反运算符(~)可简单描述为~0=1;~1=0;5.左移运算符(<<)左移运算符(<<)是双目运算符。其功能把“<<”左边运算数的各二进制位全部左移若干位,由“<<”右边的数指定移动的位数,高位丢弃,低位补0。例如,“a<<4”指把a的各二进制位向左移动4位。若a=00000011(十进制3),则左移4位后为00110000(十进制48)。左移1位相当于乘2,左移2位相当于乘4。但此结论只适用于该数左移时被溢出丢弃的高位中不包含1的情况。例如,a=00000011(十进制3),a<<1为00000110(十进制6),a<<2为00001100(十进制12)。上一页下一页返回11.1位运算符

6.右移运算符(>>)右移运算符(>>)是双目运算符。其功能是把“>>”左边的运算数的各二进制位全部右移若干位,“>>”右边的数指定移动的位数。设a=16,则a>>2表示把00010000右移为00000100(十进制4)。右移1位相当于除2,右移2位相当于除4。若a=00010000(十进制16),则a>>1为00001000(十进制8),a>>2为00000100(十进制4)。【说明】对于有符号数,在右移时,符号位将随同移动。当为正数时,最高位补0,而为负数时,符号位为1,最高位补0或补1取决于编译系统的规定。TurboC2.0和很多系统规定为补1。上一页下一页返回11.1位运算符

【例11-4】左移、右移运算符程序使用示例。上一页下一页返回11.1位运算符

【例11-5】对字符形数据也可以进行位运算。上一页下一页返回11.1位运算符

运行结果:上一页返回11.2位段

有些信息在存储时,并不需要占用一个完整的字节,而只需占一个(或几个)二进制位。例如,在存放一个开关量时,只有0和1两种状态,用一个二进制位即可。为了节省存储空间,并使处理简便,C语言提供了一种数据结构,称为位段或位域。所谓位段,是把一个字节中的二进制位划分为几个不同的区域,并说明每个区域的位数。每个域有一个域名,允许在程序中按域名进行操作。这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位段来表示。下一页返回11.2位段

1.位段的定义和位段变量的说明位段定义与结构体定义相仿,其形式为struct位段结构体名{位段列表};其中,位段列表的形式为类型说明符位段名:位段长度例如:structbs{

inta:8;intb:2;intc:6;};上一页下一页返回11.2位段

位段变量的说明与结构体变量说明的方式相同,可采用先定义后说明、同时定义说明或者直接说明这三种方式。例如:structbs{

inta:8;intb:2;intc:6;}data;其中,data为bs变量,共占两个字节;位段a占8位,位段b占2位,位段c占6位。上一页下一页返回11.2位段

【说明】(1)一个位段必须存储在同一个字节中,不能跨两个字节。若一个字节的所剩空间不够存放另一位段,则从下一单元起存放该位段。也可以有意使某位段从下一单元开始。例如:structbs{

unsigneda:4unsigned:0

/∗空域∗/unsignedb:4

/∗从下一单元开始存放∗/unsignedc:4}在这个位段定义中,a占第1字节的4位,后4位填0表示不使用,b从第2字节开始,占用4位,c占用4位。上一页下一页返回11.2位段

(2)由于位段不允许跨两个字节,因此位段的长度不能大于一个字节的长度,即不能超过8位二进制位。(3)位段可以无位段名,这时它只用来作填充或调整位置。无名的位段是不能使用的。例如:structk{

inta:1int

:2

/∗该2位不能使用∗/intb:3intc:2};从以上分析可以看出,位段在本质上就是一种结构类型,不过其成员是按二进制位分配的。上一页下一页返回11.2位段

2.位段的使用位段的使用和结构成员的使用相同,其一般形式:位段变量名.位段名位段允许用各种格式输出。上一页下一页返回11.2位段

【例11-6】位段的程序使用示例。上一页下一页返回11.2位段

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程序说明:程序中定义了位段结构bs,三个位段为a、b、c。说明bs类型的变量bit和指向bs类型的指针变量pbit。这表示位段也是可以使用指针的。第7~9行分别给三个位段赋值(注意:赋值不能超过该位段的允许范围)。第10行以整型量格式输出三个域的内容。第11行把位段变量bit的地址送给指针变量pbit。第12行用指针方式给位段a重新赋值,赋为0。第13行使用了复合的