C語言中的位操作符.docx

C語言中的位操作符因為C語言的設(shè)計目的是取代匯編語言，所以它必須支持匯編語言所具有的運算能力，所以C語言支持全部的位操作符（Bitwise Operators）。位操作是對字節(jié)或字中的位（bit）進行測試、置位或移位處理，在對微處理器的編程中，特別適合對寄存器、I/O端口進行操作。因而本節(jié)將對此作比較詳細地介紹。6種位操作符的形式與含義如下：& ：按位“與”（AND）；| ：按位“或”（OR）； ：按位“異或”（XOR）； ：“取反” （NOT）； ：數(shù)據(jù)右移； ：數(shù)據(jù)左移；1） 按位“與”運算按位“與”運算符 & 的作用是對運算符兩側(cè)以二進制表達的操作數(shù)按位分別進行“與”運算，而這一運算是以數(shù)中相同的位（bit）為單位的。操作的規(guī)則是：僅當兩個操作數(shù)都為1時，輸出的結(jié)果才為1，否則為0。例如：a = 0x88，b = 0x81，則a & b 的運算結(jié)果如下：0x88 1000 1000 a數(shù)& 0x81 1000 0001 b數(shù)= 1000 0000其中，& 運算符讓a數(shù)0x88與B數(shù)0x81的1位與1位、2位與2位7位與7位分別相“與”。由于“與”運算的操作規(guī)則是，兩個操作數(shù)中各位只要有1個為0，其結(jié)果中對應(yīng)的位就為0。而a數(shù)與b數(shù)中只有最高位（第7位）均為1，因而該位結(jié)果為1，其它各位結(jié)果都為0。通常我們可把按位“與”操作 & 作為關(guān)閉某位（即將該位置0）的手段，例如我們想要關(guān)閉a數(shù)中的第3位，而又不影響其它位的現(xiàn)狀，可以用一個數(shù)0xF7，即二進制數(shù)1111 0111去與a數(shù)作按位“與”運算：0x88 1000 1000 a數(shù)& 0xF7 1111 0111 屏蔽數(shù)= 1000 0000注意，這個數(shù)除第3位為0外，其它各位均為1，操作的結(jié)果只會將a數(shù)中的第3位置0，而a數(shù)的其它位不受影響。也就是說，若需要某個數(shù)的第n位關(guān)閉，只需要將該數(shù)與另一個數(shù)按位相與，另一個數(shù)除了相應(yīng)的第n位為0外，其它各位都為1，以起到對其它各位的屏蔽作用。上面的運算可以用a = a &（0xF7） 來表示，也可以用a & =（0xF7） 來表達。這兩個表達式功能是相同的（見上節(jié)“復(fù)合賦值運算符”部分），但在源程序代碼中常常見到的以第二種形式為多。2） 按位“或”運算按位“或” 運算符 | 的作用是對運算符兩側(cè)以二進制表達的操作數(shù)按位分別進行“或”運算，而這一運算是以數(shù)中相同的位（bit）為單位的。操作的規(guī)則是：僅當兩個操作數(shù)都為0時，輸出的結(jié)果才為0，否則為1。例如：a = 0x88，b = 0x81，則a | b 的運算結(jié)果如下：0x88 1000 1000 a數(shù)| 0x81 1000 0001 b數(shù)= 1000 1001通常我們可把按位“與”操作 & 作為置位（即將該位置1）的手段，例如我們想要將a數(shù)中的第0位和1位置1，而又不影響其它位的現(xiàn)狀，可以用一個數(shù)0x03，即二進制數(shù)00000011去與a數(shù)作按位“或”運算：0x88 1000 1000 a數(shù)| 0x03 0000 0011 屏蔽數(shù)= 1000 1011注意，這個數(shù)除第0、1位為1外，其它各位均為0，操作的結(jié)果只會將a數(shù)中的第0、1位置0，而a數(shù)的其它位不受影響。也就是說，若需要某個數(shù)的第n位置1，只需要將該數(shù)與另一個數(shù)按位相“或”，另一個數(shù)除了相應(yīng)的第n位為1外，其它各位都為0，以起到對其它各位的屏蔽作用。上面的運算可以用a = a | （0xF7） 來表示，也可以用a | =（0xF7） 來表達。3） 按位“異或”運算按位“異或”運算符 的作用是對運算符兩側(cè)以二進制表達的操作數(shù)按位分別進行“異或”運算，而這一運算是以數(shù)中相同的位（bit）為單位的。異或運算操作的規(guī)則是：僅當兩個操作數(shù)不同時，相應(yīng)的輸出結(jié)果才為1，否則為0。例如：a = 0x88，b = 0x81，則a b 的運算結(jié)果如下：0x88 1000 1000 a數(shù) 0x81 1000 0001 屏蔽數(shù)= 0000 1001按位“異或”運算 具有一些特殊的應(yīng)用，介紹如下： 按位“異或”運算可以使特定的位取反例如：我們想讓a數(shù)中的最低位和最高位取反，只要用0x81，即二進制數(shù)10000001去與它作按位“異或”運算，其運算結(jié)果同上式。經(jīng)過操作后，最高位的值已經(jīng)由1變0，而最低位的值也已經(jīng)由0變1，起到了使這兩位翻轉(zhuǎn)的效果。其它位的狀態(tài)保持不變?？梢钥吹?，這個數(shù)除最低位、最高位為1外，其它各位均為0，操作的結(jié)果只會將a數(shù)中的第0、7位取反，而a數(shù)的其它位不受影響。也就是說，若需要某個數(shù)的第n位取反，只需要將該數(shù)與另一個數(shù)按位相“異或”，另一個數(shù)除了相應(yīng)的第n位為1外，其它各位都為0，以起到對其它各位的屏蔽作用。上面的運算可以用a = a （0x81） 來表示，也可以用a =（0x81） 來表達。 直接交換兩個變量的值例如，若有變量a = 3，b = 4，想要交換它們的值，可以做如下一組操作：a = bb = aa = b首先，a = b:a 0000 0011 b 0000 0100a = 0000 0111其次，b = a:b 0000 0100 a 0000 0111b = 0000 0011最后，a = b:a 0000 0111 b 0000 0011a = 0000 0100這樣，a、b兩個變量中的值就進行了對調(diào)。4）“取反”運算“取反”運算符 的作用是將各位數(shù)字取反：所有的0置為1，1置為0。例如：1001 0110 取反后為0110 1001。5） 數(shù)據(jù)右移數(shù)據(jù)右移操作符 將變量的各位按要求向右移動若干位。右移語句的通常形式是：variable 右移位數(shù)如：a = 1111 0000；進行 a = a 2 操作后，a = 0011 1100。6） 數(shù)據(jù)左移數(shù)據(jù)左移操作符 將變量的各位按要求向左移動若干位。左移語句的通常形式是：variable 左移位數(shù)如：a = 1111 0000；進行 a = a 2 操作后，a =1100 0000。無論是左移還是右移，當某位從一端移出時，另一端出現(xiàn)的空白將以從外面移入的0（某些計算機是送1，詳細內(nèi)容請查閱相應(yīng)C編譯程序用戶手冊）來補充。這說明，移位不同于循環(huán)，從一端移出的位并不送回到另一端去，移去的位永遠丟失了，同時在另一端只能補上相應(yīng)位數(shù)的0。移位操作可用于整數(shù)的快速乘除運算，左移一位等效于乘2，而右移一位等效于除以2。如：x = 7， 二進制表達為：0000 0111，x 1 0000 1110，相當于： x =2*7=14，x 3 0111 0000，相當于： x=14*2*2*2=112x 2 1100 0000， x= 192在作第三次左移時，其中一位為1的位移到外面去了，而左邊只能以0補齊，因而便不等于112*2*2=448，而是等于192了。當x按剛才的步驟反向移動回去時，就不能返回到原來的值了，因為左邊丟掉的一個1，再也不能找回來了：x 2 0011 0000， x=48x 3 0000 0110 x=48/8=6x 1 0000 0011 x=6/2=3移位操作還可以配合其它位操作夫?qū)拇嫫骰蛘邤?shù)據(jù)I/O接口的各個位進行設(shè)置、檢測，具體方法見下一節(jié)。2.位操作符的一些實用方法介紹1） 學(xué)會應(yīng)用復(fù)合運算符如前面所介紹的，位操作運算符可以和賦值運算符“=”一起組成復(fù)合運算符。即如下5個：= 、=、&=、=、|=其中，x = y，相當于x = x y；x = y，相當于x = x y；x & = y， 相當于x = x & y；x = y， 相當于x = x y；x | = y， 相當于x = x | y；學(xué)會在C語言中使用復(fù)合運算符，可以簡化源程序，優(yōu)化目標程序。2） C 語言中一些常見的位操作方法由于我們此處學(xué)習(xí)C 語言的目的主要是為了開發(fā)微控制器的控制程序，為此我們特別關(guān)注一下對MPU的寄存器、I/O中某一位的操作語句。假如要對PORTA（端口A）的某些位進行賦值、置0、置1、取反、測試，可能會用到如一下一些語句： PORTA = 0x87給整個PORTA賦值，作用是將1000 0111這個數(shù)賦予PORTA，即讓PORTA的第0、1、2和7位置1，其它位清0。 PORTA = （17）給整個PORTA賦值，作用等價于PORTA = 0x80，將1000 0000這個數(shù)賦予PORTA，將指定的第7位置1，其余各位置0。只不過這里包括了兩個步驟，即先是括號中的17操作，表示將0x01這個數(shù)左移7位，其值變成0x80，再將它賦予PORTA。 PORTA = （17） | （1 3） | （1 2）給整個PORTA賦值，作用與中的操作相同，但是是分別對7、3、2位置1，而將其它各位均置0。它先要分別對三個括號中給定的值進行移位操作，再將它們按位“與”，最后將值賦予PORTA。即：1000 0000 （1 7）0000 1000 （1 3）| 0000 0100 （1 2）PORTA = 1000 1100 PORTA & = 0x80使PORTA中的指定位清0，等價于PORTA =PORTA & （0x80）。由于0x80的二進制表達形式為1000 0000，利用其最高位為1，其它各位均為0的特性，作為一個模板將其等于1的那些位（如本例中的第7位）屏蔽起來，使之保持不變，而將其它位清0（不管原來為0還是為1）。因為PORTA與0x80按位“與”的結(jié)果如下：PORTA = 0x87 1000 0111& 0x80 1000 0000= 1000 0000操作后，第7位的原來值1被保留，其它各個位被清0，其中最低的3位原來為1，現(xiàn)在均為0了。 PORTA & = （17）它也等價于PORTA & = 0x80：這里也包括了兩個步驟，即先執(zhí)行括號中的17操作，將0x01左移7位，其值變成0x80，再將它與PORTA做按位“與”。該操作將除指定的第7位以外的各個位清0。PORTA & = （1 7）該指令在等號后面加了取反符號 。與上一條操作的區(qū)別是，在與PORTA做按位“與”前，還將0x80先行取反，將1000 0000轉(zhuǎn)換成0111 1111，再做按位“與”操作。這樣的操作結(jié)果是將指定的第7位清零，其它各位保持不變。 PORTA | = （17）等價于PORTA = PORTA | （17），這里也是先執(zhí)行括號中的17操作，將0x01左移7位，其值變成0x80，再將它與PORTA做按位“或”。若操作前PORTA的初始值為0x07，則：PORTA 0000 0111| 0x80 1000 0000PORTA = 1000 0111該操作將最高位置1，其它各位保持不變。要注意的是，這條指令與PORTA = （17） 相比，雖然都可以使指定的某一位置1，但它們有著不同之處。PORTA = （17） 執(zhí)行后，雖然某一位被置1了，但其它的位卻被修改了，即不管PORTA的初始值為什么，原來為1的位都會被0覆蓋，執(zhí)行的結(jié)果總是為1000 0000。而本條指令卻可以將其它位屏蔽起來，在改變要設(shè)置的那一位的同時，并不改變其它位的狀態(tài)。3） 巧用C語言中的位操作方法 將寄存器的指定位置1或清0在實際應(yīng)用中，經(jīng)常利用 PORTA | = （1 n） 這條指令將寄存器的任意位置1，而又不影響其它位的現(xiàn)有狀態(tài)。比如說，你如果想將第4位置1，就使用 PORTA | = （1 4） 就行了。當然，也可以使用 PORTA | = （1 7） | （1 4 ） | （1 0） 這樣的指令一次將設(shè)第8、5和1位置1，但又不影響到其它位的狀態(tài)。在實際應(yīng)用中，經(jīng)常利用 PORTA & = （1 n） 這條指令將寄存器的任意位清0，而又不影響其它位的現(xiàn)有狀態(tài)。比如說，你如果想將第4位清0，就使用 PORTA & = （1 4） 就行了。在啟動nRF905芯片向空中發(fā)送數(shù)據(jù)時，采用以下函數(shù)：void nrf905_TxSend（void）PORTD|=（1TRXCE）；DelayUs（1）；/10usPORTD &= （1TRXCE）；其中讓PORTD中控制TRX_CE信號的那一位先置1，再清0，輸出一高一低的脈沖信號，就在一個脈沖周期內(nèi)，完成了一次數(shù)據(jù)發(fā)送。因為在程序的開頭已經(jīng)定義TRX_CE信號為PD6位，即TRXCE = 6，因而上面兩行程序等價于：PORTD|=（1 6）；PORTD &= （1 6）； 測試寄存器指定位的狀態(tài)nRF905在接收數(shù)據(jù)過程中，要分別發(fā)出CD、AM和DR信號，而MPU也要分別對這些位進行檢測，看它們是否變高，若變高，就執(zhí)行下一步，否則就跳出分支，返回主程序。下面就是對這些位進行檢測的一段函數(shù)：void nrf905_RxRecv（void）while （PIND&（1CD）=0）； /CD引腳置1,檢測到載波信號while （PIND&（1AM）=0）； /一般先AM=1指示地址匹配對while （PIND&（1DR）=0）； /DR=1時表示數(shù)據(jù)接收對而且Crc正確/nrf905已經(jīng)接收到數(shù)據(jù)nrf905_ReadData（0）；/讀出nrf905中的數(shù)據(jù)其中有：while （PIND&（1DR）= =0）； 或者：if （PIND&（1DR）= =0）； 語句，其功能就是對寄存器指定的位進行測試。括號中是一個等式，我們將其拆分開介紹它的作用：1DR：DR在程序的開始已經(jīng)被定義為2，（1DR）也就是（1 2），表示將0x01左移2位，結(jié)果為0000 0100；PIND& （1DR）：PIND為PORTD端口的8位引腳的值，PIND& （1DR）表示讓它和（1DR） 亦