位运算
前面介绍的各种运算都是以字节作为最基本位进行的。 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, 这使得C语言也能像汇编语言一样用来编写系统程序。
一、位运算符C语言提供了六种位运算符:
& 按位与
| 按位或
^ 按位异或
~ 取反
<< 左移
>> 右移
1. 按位与运算 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位相与。只有对应的两个二进位均为1时,结果位才为1 ,否则为0。参与运算的数以补码方式出现。
例如:9&5可写算式如下: 00001001 (9的二进制补码)&00000101 (5的二进制补码) 00000001 (1的二进制补码)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 的高八位清 0 , 保留低八位, 可作 a&255 运算 ( 255 的二进制数为0000000011111111)。
main(){ int a=9,b=5,c; c=a&b; printf("a=%d\nb=%d\nc=%d\n",a,b,c); }
2. 按位或运算 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位相或。只要对应的二个二进位有一个为1时,结果位就为1。参与运算的两个数均以补码出现。
例如:9|5可写算式如下: 00001001|00000101
00001101 (十进制为13)可见9|5=13
main(){ int a=9,b=5,c; c=a|b; printf("a=%d\nb=%d\nc=%d\n",a,b,c); }
3. 按位异或运算 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位相异或,当两对应的二进位相异时,结果为1。参与运算数仍以补码出现,例如9^5可写成算式如下: 00001001^00000101 00001100 (十进制为12)
main(){ int a=9; a=a^15; printf("a=%d\n",a); }
4. 求反运算 求反运算符~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位按位求反。例如~9的运算为: ~(0000000000001001)结果为:1111111111110110
5. 左移运算 左移运算符“<<”是双目运算符。其功能把“<< ”左边的运算数的各二进位全部左移若干位,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的各二进位向左移动4位。如a=00000011(十进制3),左移4位后为00110000(十进制48)。6. 右移运算 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位全部右移若干位,“>>”右边的数指定移动的位数。
例如:设 a=15,a>>2 表示把000001111右移为00000011(十进制3)。 应该说明的是,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,最高位是补0或是补1 取决于编译系统的规定。Turbo C和很多系统规定为补1。
main(){ unsigned a,b; printf("input a number: "); scanf("%d",&a); b=a>>5; b=b&15; printf("a=%d\tb=%d\n",a,b); } 请再看一例! main(){ char a='a',b='b'; int p,c,d; p=a; p=(p<<8)|b; d=p&0xff; c=(p&0xff00)>>8; printf("a=%d\nb=%d\nc=%d\nd=%d\n",a,b,c,d); }
位域
有些信息在存储时,并不需要占用一个完整的字节, 而只需占几个或一个二进制位。例如在存放一个开关量时,只有0和1 两种状态, 用一位二进位即可。为了节省存储空间,并使处理简便,C语言又提供了一种数据结构,称为“位域”或“位段”。所谓“位域”是把一个字节中的二进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域来表示。一、位域的定义和位域变量的说明位域定义与结构定义相仿,其形式为:
struct 位域结构名
{ 位域列表 };
其中位域列表的形式为: 类型说明符 位域名:位域长度
例如:
struct bs { int a:8; int b:2; int c:6; };
位域变量的说明与结构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:
struct bs { int a:8; int b:2; int c:6; }data;
说明data为bs变量,共占两个字节。其中位域a占8位,位域b占2位,位域c占6位。对于位域的定义尚有以下几点说明:
1. 一个位域必须存储在同一个字节中,不能跨两个字节。如一个字节所剩空间不够存放另一位域时,应从下一单元起存放该位域。也可以有意使某位域从下一单元开始。例如:
struct bs { unsigned a:4 unsigned :0 /*空域*/ unsigned b:4 /*从下一单元开始存放*/ unsigned c:4 }
在这个位域定义中,a占第一字节的4位,后4位填0表示不使用,b从第二字节开始,占用4位,c占用4位。
2. 由于位域不允许跨两个字节,因此位域的长度不能大于一个字节的长度,也就是说不能超过8位二进位。
3. 位域可以无位域名,这时它只用来作填充或调整位置。无名的位域是不能使用的。例如:
struct k { int a:1 int :2 /*该2位不能使用*/ int b:3 int c:2 };
从以上分析可以看出,位域在本质上就是一种结构类型, 不过其成员是按二进位分配的。
二、位域的使用位域的使用和结构成员的使用相同,其一般形式为: 位域变量名·位域名 位域允许用各种格式输出。
main(){ struct bs { unsigned a:1; unsigned b:3; unsigned c:4; } bit,*pbit; bit.a=1; bit.b=7; bit.c=15; printf("%d,%d,%d\n",bit.a,bit.b,bit.c); pbit=&bit; pbit->a=0; pbit->b&=3; pbit->c|=1; printf("%d,%d,%d\n",pbit->a,pbit->b,pbit->c); }
上例程序中定义了位域结构bs,三个位域为a,b,c。说明了bs类型的变量bit和指向bs类型的指针变量pbit。这表示位域也是可以使用指针的。
程序的9、10、11三行分别给三个位域赋值。( 应注意赋值不能超过该位域的允许范围)程序第12行以整型量格式输出三个域的内容。第13行把位域变量bit的地址送给指针变量pbit。第14行用指针方式给位域a重新赋值,赋为0。第15行使用了复合的位运算符"&=", 该行相当于: pbit->b=pbit->b&3位域b中原有值为7,与3作按位与运算的结果为3(111&011=011,十进制值为3)。同样,程序第16行中使用了复合位运算"|=", 相当于: pbit->c=pbit->c|1其结果为15。程序第17行用指针方式输出了这三个域的值。
关于位运算的小应用:
转自:http://kb.cnblogs.com/page/75213/
位运算存储数据
利用位运算存储数据,主要是为了减少程序占用的内存。以int数据为例子,如果按照十进制的方式存储数据,一个32位的int变量只能存储一个数值,而如果使用二进制方式存储数据(缺点是只能存储0或1两个数据)则可以存储32个数据,将极大的节约内存。例如,在一个int变量的从右侧开始倒数第2位存储数据,则存储和读取数据的代码如下所示:
//存储数值1
bData = bData |(1<< (2-1));
//存储数值0
bData = bData & (~(1<< (2-1));
//读取数据
int n = bData & (1<< (2-1));
点评:在该代码中,将需要存储的数据(0或1)存储在变量bData的倒数第二位中,所以在存储时,则只需要将倒数第二位的数值改变,其他位的数值不改变即可。所以在存储1时,不论bData的数值是多少,只需要和二进制数据10进行位或运算就可以将倒数第二位置1,而需要存储0时,则需要bData和0xfffffffd进行位与运算,即可达到清零倒数第二位的目的。
需要注意的是,有些可能会认为在存储数值0时,会使用如下的代码实现:
其实这样是错误的,因为0无论左移多少位都还是0,这样在进行位或运算时,0和1位或得到的结果会是1,无法实现设置对应的位为0的目的,所以需要使用以上的代码进行实现。
异或位运算简单加密
利用位运算的计算速度快,以及异或的特性(和同一个数字异或两次还是自身),可以用来简单加密数据,且加解密的速度会非常快。这种加密方式强度比较低,但是可以用于一般的加解密任务。例如,假设密匙是数字123,则加解密一个byte数组的代码如下:
byte key =123;
//依次加密的代码
for(int i =0;i < b.length;i++){
b[i] = (byte)(b[i] ^ key); //利用异或加密
}
//解密的代码
for(int i =0;i < b.length;i++){
b[i] = (byte)(b[i] ^ key); //利用异或解密
}
点评:在该代码中,对数组b使用密匙key进行加密,加密的过程是将数组b中每个元素和key进行异或,加密以后的数据可以在实际应用中进行存储或网络传输,而解密时的操作和加密时一样,使用这种简单的加密方式虽然保密性不高,但是加解密的速度确实是很值得称赞的。
位运算实用小口决,转自:http://blog.csdn.net/superdullwolf/article/details/4649080
清零取反要用与,某位置一可用或
若要取反和交换,轻轻松松用异或