C语言基础知识(四)——位操作

一、进制基础知识

　　1、通常，1字节(Byte)包含8位(bit)。C语言用字节表示储存系统字符集所需的大小。

　　2、对于一个1字节8位的二进制数，最右边(第0位)是最低阶位，最左边(第1位)是最高阶位，第几位表示2的指数大小。

　　3、1字节(8位)可存储256个值，unsigned char用1字节表示的范围是0-255，signed char用1字节表示的范围是(-128)-(+127)。

　　4、每个8进制位对应3个二进制位，每个16进制位对应4个二进制位。

　　5、补码反码等与有符号整数有关的部分省略。

二、C操控位工具(2)——按位运算符

　　注意：按位运算符操作的位不会改变其它位。

　　　　    逻辑运算符的优先级低于算数运算符。

　　1、按位逻辑运算符 ~ & | ^

　　1.1、二进制按位取反运算符~

　　　　 简单来说就是每一位都取相反数，1变成0，0变成1，规则如下：

　　　 　(~1) = 0，(~0) = 1

　　　 　示例如下：

　　  ~()　　　　//结果为01100101，每一位都取相反数

　　1.2、二进制按位与运算符&

　　　　 简单来说全为1则结果为1，不全为1或者全不为1则结果为0，规则如下：

　　　　 1 & 1 = 1，1 & 0 = 0， 0 & 0 = 0，结果操作位在运算符左右位置无关

　　　　 示例如下：

　　  () & ()　　　　//结果为00000001，只有最后一位全为1　　

　　1.3、二进制按位或运算符|

　　　　 简单来说就是有1(全为1或者不全为1)则结果为1，全不为1(全为0)则结果为0，规则如下：

　　　　 1 | 1 = 1，1 | 0 = 1， 0 | 0 = 0，结果操作位在运算符左右位置无关

　　　　 示例如下：

　　  () | ()　　　　//结果为11111110，只有最后一位全为0

　　1.4、二进制按位异或运算符^

　　　　 简单来说就是操作位数值相同(全为0或者全为1)为0，相反(一个0一个1)为1，规则如下：

　　　　 1 ^ 1 = 0，1 ^ 0 = 1， 0 ^ 0 = 0，结果操作位在运算符左右位置无关

　　　　 示例如下：

　　　() ^ ()　　　　//结果为11111100，最第为全为0，第二位全为1，其它位均相反

　　1.5、应用

　　　　根据按位逻辑运算符可进行 打开位(设置位)、关闭位(清空位)、切换位、检查位的值等操作。

　　2、移位运算符

　　　  注意：移位运算符向左或者向右移位，被移出的位直接丢弃，移进的位补0。

　　2.1、左移运算符<<

　　　　示例如下：　　　

     ()  <<      //结果为00101000

　　2.2、右移运算符>>

　　　　示例如下：

     ()  >>     //结果为00100010

　　2.3、应用

　　　　  针对2的幂可快速进行有效的乘法和除法，类似十进制中移动小数点来乘以或除以10，如下所示：

　　　　number << n        //表示number乘以2的n次幂
　　　　number >> n        //若number非负，则用number除以2的n次幂

三、C操控位工具(2)——位字段

　　1、位字段简介

　　      位字段是一个signed int或者unsigned int类型变量中的一组相邻的位，需通过一个结构体声明来建立，该结构为每个字段提供标签，并确定该字段的宽度。如下所示：

　　/* 定义一个包含4个成员变量的结构体prnt，每个成员的位宽为1 */　　
　　struct{
    　　unsigned int autfd : ;
    　　unsigned int bldfc : ;
    　　unsigned int undln : ;
    　　unsigned int itals : ;
　　}prnt;
　　　　
　　/* 为结构体成员赋值 */
　　prnt.itals = ;
　　prnt.undln = ;　　　

    /* 定义一个包含2个成员变量的结构体prcode，成员变量位宽不一 */　　
    struct{
        unsigned int code1 : ;
        unsigned int code2 : ;
    }prcode;

    /* 为结构体成员赋值 */
     prcode.code1 = ;          /**< code1最大可赋值3 */
     prcode.code1 = ;        /**< 赋值范围在0-255中均可 */    

　　　变量prnt会prcode被储存在int大小的内存单元中。

　　2、声明的总位数超过范围的解决方法

　　　 如果声明的总位数超过一个unsigned int类型的大小，则会用到下一个unsigned int类型的存储位置。一个字段不允许跨越两个unsigned int之间的边界。编译器会自动移动跨界的字段，保持

unsigned int的边界对齐。一旦发生这种情况，第一个unsigned int 中会保留一个未命名的"洞"，可用此未命名的洞来填充超过的位数。如下所示：

　　struct{
    　　unsigned int field1 : ;
    　　unsigned int          : ;       /**< 填补field1的"洞" */
    　　unsigned int field2 : ;
    　　unsigned int          : ;       /**< 填补field2的"洞" */
          unsigned int field3 : ;      /**< 填补field3的"洞"并未给出 */
　　}stuff;

　　位字段在unsigned int中存储的位置根据机器而定，有些从右往左顺序存储，有些则从左往右，由于这些原因位字段通常都不容易移植。