c語(yǔ)言第17章位運(yùn)算操作符

1、第17章 位運(yùn)算操作符在本章的學(xué)習(xí)中，需要掌握以下內(nèi)容：字節(jié)和位的概念；原碼與補(bǔ)碼的轉(zhuǎn)換；6種位操作符及其組成的位運(yùn)算賦值操作符的使用；各個(gè)位操作符的特殊用途；位域的概念和位域的使用。17.1 位運(yùn)算位運(yùn)算是指對(duì)數(shù)據(jù)的二進(jìn)制位進(jìn)行處理的運(yùn)算。位運(yùn)算與數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)方式息息相關(guān)，因此在介紹位運(yùn)算操作符之前，有必要先介紹一些操作系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理的相關(guān)知識(shí)。本節(jié)首先介紹字節(jié)與位的概念以及兩者的關(guān)系，再介紹數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的儲(chǔ)存方式。17.1.1 字節(jié)與位在前面的介紹中已多次涉及到字節(jié)的概念。操作系統(tǒng)中的各種類型的數(shù)值都由若干個(gè)字節(jié)組成，字節(jié)也是數(shù)據(jù)存取和數(shù)值計(jì)算的基本單元。從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)是以字

2、節(jié)為最小單位，向內(nèi)存中寫入數(shù)據(jù)也是以字節(jié)為最小單位。將數(shù)值輸出到文件和從文件獲取數(shù)值時(shí)，最小單位也是字節(jié)。17.1.1 字節(jié)與位字節(jié)在操作系統(tǒng)中可以分為更小的單元“位”。大部分系統(tǒng)中，1個(gè)字節(jié)由8個(gè)位組成，每個(gè)位的值為0或1。一個(gè)字節(jié)的數(shù)值由其8個(gè)位的值決定，如果一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容為“01101010”。其對(duì)應(yīng)的值為：這個(gè)字節(jié)的值為8個(gè)位組成的二進(jìn)制數(shù)。但是在操作系統(tǒng)中，數(shù)值的存儲(chǔ)并不是直接以其二進(jìn)制值存儲(chǔ)的。17.1.2 補(bǔ)碼在操作系統(tǒng)中，數(shù)值一律用補(bǔ)碼來(lái)存儲(chǔ)。一個(gè)數(shù)值的二進(jìn)制值可以稱其為原碼，存儲(chǔ)時(shí)會(huì)將原碼表示為補(bǔ)碼。補(bǔ)碼的最高位為符號(hào)位，數(shù)值的補(bǔ)碼表示可以分為以下兩種情況。17.1.2 補(bǔ)碼

3、1非負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼非負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同。例如，11的原碼為00001011，其補(bǔ)碼也為00001011。注意：為了簡(jiǎn)化書寫，討論位運(yùn)算時(shí)，大部分的數(shù)值只用一個(gè)字節(jié)表示。 2負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼的符號(hào)位為1，其余位為將該數(shù)絕對(duì)值的原碼按位取反后再加1的結(jié)果。例如，-15的補(bǔ)碼：因?yàn)槭秦?fù)數(shù)，則符號(hào)位為“1”，整個(gè)為10001111；其余7位為-15的絕對(duì)值的原碼按位取反，即0001111取反后為1110000，再加1為1110001；加上符號(hào)位，最后15的補(bǔ)碼是11110001。已知一個(gè)數(shù)的補(bǔ)碼，其求原碼的過(guò)程與已知原碼求補(bǔ)碼的過(guò)程完全一樣：如果補(bǔ)碼的符號(hào)位為“0”，表示是一個(gè)正數(shù)，所以補(bǔ)碼就是該數(shù)

4、的原碼。如果補(bǔ)碼的符號(hào)位為“1”，表示是一個(gè)負(fù)數(shù)，求原碼的操作可以是：符號(hào)位為1，其余各位取反加1。使用補(bǔ)碼計(jì)算時(shí)，可以將符號(hào)位和其他位統(tǒng)一處理。17.1.2 補(bǔ)碼例如，7 + 15，其補(bǔ)碼相加如左圖所示。(-7) + (-15)，其補(bǔ)碼相加如右圖所示。17.1.2 補(bǔ)碼注意：兩個(gè)用補(bǔ)碼表示的數(shù)相加時(shí)，如果最高位（符號(hào)位）有進(jìn)位，則進(jìn)位被舍棄。減法也可按加法來(lái)處理，7 15的計(jì)算過(guò)程如下圖所示。17.1.2 補(bǔ)碼17.2 位運(yùn)算操作符C語(yǔ)言共提供了6個(gè)位運(yùn)算操作符，包括取反操作符（）、位或操作符（|）、位與操作符（&）、異或操作符（）和位移操作符（和）右移操作符的作用是將一個(gè)數(shù)的各二進(jìn)制值全部

5、右移若干位。其使用形式如下：數(shù)值1 數(shù)值2;該表達(dá)式將數(shù)值1的二進(jìn)制值右移（數(shù)值2）位，移到右端的低位被舍棄，而高位補(bǔ)入的數(shù)值由符號(hào)位決定。如果是無(wú)符號(hào)數(shù)，則高位補(bǔ)入的數(shù)為0。例如：int a = 39;a = a 2; 則變量a將右移兩位，即00100111右移兩位，得到00001001，右端的兩個(gè)1被舍棄。如下圖所示。17.2.5 右移操作符（）17.2.5 右移操作符（）如果是有符號(hào)數(shù)，則不同的系統(tǒng)有不同的處理方式。有的系統(tǒng)補(bǔ)入0，有的補(bǔ)入符號(hào)位。補(bǔ)入0的為“邏輯右移”，補(bǔ)入原符號(hào)位的為“算術(shù)右移”。例如，將-15右移兩位，算術(shù)右移后結(jié)果為11111100，邏輯右移結(jié)果為00111100

6、，如下圖所示。17.2.6 左移操作符（）左移操作符將一個(gè)數(shù)的各個(gè)二進(jìn)制位值全部左移若干位。使用形式如下：數(shù)值1 數(shù)值2;該表達(dá)式將數(shù)值1的二進(jìn)制值左移（數(shù)值2）位，移到左端的高位被舍棄，而低位補(bǔ)入的數(shù)值為0。例如：int a = 39;int b = a 1;int c = a 2;int d = a 3; a的值為39，即00100111；b的值為39左移1位的結(jié)果，左端舍去1個(gè)0，右端補(bǔ)入1個(gè)0，得到01001110；c值為39左移2位的結(jié)果，左端舍去2個(gè)0，右端補(bǔ)入2個(gè)0，得到10011100；d值為39左移3位的結(jié)果，左端舍去2個(gè)0和1個(gè)1，右端補(bǔ)入3個(gè)0，得到00111000，如下

7、圖所示。17.2.6 左移操作符（）17.2.6 左移操作符（= 3;等效于a = a 3;又例如：a &= b;等效于a = a & b范例17-7第20行也可以改寫為：flag = 1;17.3 位運(yùn)算操作符使用舉例位運(yùn)算操作符在C語(yǔ)言中的使用十分靈活，通過(guò)一些巧妙地算法可以高效地實(shí)現(xiàn)一些實(shí)用的功能。為了更熟悉位運(yùn)算操作符的使用，本節(jié)將繼續(xù)討論兩個(gè)例子。17.3.1 循環(huán)移位循環(huán)移位是一種重要的移位方式。循環(huán)移位區(qū)別于一般移位的是移位時(shí)沒(méi)有數(shù)位的丟失。循環(huán)左移時(shí)，用從左邊移出的位填充字的右端；而循環(huán)右移時(shí)，用從右邊移出的位填充字的左側(cè)。本題暫只討論循環(huán)右移。例如，要將39循環(huán)右移2位，即0

8、0100111右移兩位，移到右端的兩個(gè)1不會(huì)丟失，將補(bǔ)到左端的2個(gè)空缺位置上，如下圖所示。17.3.1 循環(huán)移位例如要對(duì)a（無(wú)符號(hào)數(shù)）循環(huán)右移3位，可以采用以下方案：（1）首先把將要移出右端的3個(gè)位左移8-3位（假定a占8個(gè)位）后保存在b中，此時(shí)b形式如下圖第2行所示，其中yyy是a的后3位。（2）將a右移3位，右端3位被舍棄，又由于a為無(wú)符號(hào)數(shù)，左端添加3個(gè)0，如下圖第3行所示。（3）最后將a與b位或，由于0和任意值位或補(bǔ)改變?cè)撝?，因此得到y(tǒng)yyxxxxx，如下圖第4行所示。17.3.2 使用子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)掩碼是一個(gè)32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分以區(qū)別網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)和主機(jī)標(biāo)識(shí)，并說(shuō)明該IP地址是在局域網(wǎng)上，還是在外部網(wǎng)上。如果一個(gè)IP地址與子網(wǎng)掩碼相與的結(jié)果與一個(gè)子網(wǎng)地址相同，那么這個(gè)IP地址便屬于該子網(wǎng)。有兩個(gè)子網(wǎng)地址59.64.200.0和59.64.201.0，兩個(gè)IP地址59.64.200.18和59.64.201.20，子網(wǎng)