C語言程序設(shè)計-提高篇-第4章 位運算

C語言程序設(shè)計

—提高篇第4章位運算內(nèi)容概述位運算操作位段的概念

教學目標字節(jié)和位的有關(guān)概念；正確使用常見的位運算符和位運算操作；牢記位段的要領(lǐng)及位段的使用方法。C語言既是一種高級語言，廣泛應(yīng)用于應(yīng)用軟件的開發(fā)和程序設(shè)計，同時又是一種低級語言，可以用于系統(tǒng)軟件的開發(fā)和程序設(shè)計，如自動控制系統(tǒng)中的過程控制、參數(shù)檢測、數(shù)據(jù)通訊等控制程序，都可以綜合利用C語言中的指針操作、位運算和位段技術(shù)來實現(xiàn)。本章介紹位運算的基本形式和常用運算符,并簡要介紹位段的概念。位運算的深入學習，應(yīng)該在《計算機原理》和《匯編語言程序設(shè)計》課程中進行。位運算概述所謂“位運算”，是指按二進制位進行運算。位運算的特點：運算按二進制逐位進行——沒有借位和進位。位運算量：整型（int,short,unsiged,long）/字符型（以補碼/ASCII碼形式存儲），不可為實型。4.1位運算符和位運算

位運算符(BitwiseOperators)運算符名稱舉例優(yōu)先級~按位取反~flag(高)(算術(shù)運算符)<<左移a<<2>>右移b>>3(關(guān)系運算符)&按位與flag&0x37^按位異或flag^0xC4|按位或flag|0x5A(低)(賦值運算符)位運算符還可與賦值運算符相結(jié)合，進行位運算賦值操作。如：

a&=b等價于a=a&ba>>=b等價于a=a>>b位運算時的數(shù)據(jù)類型為char/int，分析時要化為二進制形式，但在程序中書寫及輸出結(jié)果時仍為char/int。負數(shù)以補碼形式參與運算注意與邏輯運算區(qū)別按位與(BitwiseAND)運算規(guī)則0&0=0;0&1=0;1&0=0;1&1=1;用法按位清零保留某些指定位位運算符的使用例1#include<stdio.h>voidmain(){

int

a,b;

printf("Enteraandb:");

scanf("%d,%d",&a,&b);

printf("a&b=%d\n",a&b);}計算

010000(a)&011111(b)010000

001010(a)&010000(b)000000Enteraandb:16,31a&b=16Enteraandb:10,16a&b=0按位或(BitwiseInclusiveOR)運算規(guī)則0|0=0;0|1=1;1|0=1;1|1=1;用法按位定值為1例2#include<stdio.h>voidmain(){unsignedchara,b;

printf("Enteraandb:");

scanf("%o,%o",&a,&b);

printf("a|b=%o\n",a|b);}Enteraandb:20,30a|b=30Enteraandb:12,20a|b=32計算

010000(a)|011000(b)011000

001010(a)|010000(b)011010按位異或(BitwiseExclusiveOR,XOR)運算規(guī)則0^0=0;0^1=1;1^0=1;1^1=0;說明相“異”則為1，相“同”則為0例3以下程序的功能是將a數(shù)據(jù)的低4位取反。#include<stdio.h>voidmain(){unsignedchara=0x39,b=

;a=a^b;

printf("%x\n",a);}答案：0x0f

計算

00111001(a)^00001111(b)00110110與0相異或，保持原值不變與自身相異或，則全部位清零交換兩個整數(shù)值a=a^b;b=b^a;a=a^b;交換兩個整數(shù)值不用臨時變量#include<stdio.h>voidmain(){

inta=3,b=4;a=a^b; b=b^a; a=a^b;

printf(“a=%db=%d\n",a,b);}結(jié)果：a=4b=3按位取反(One'sComplement)運算規(guī)則~0=1;~1=0;用法所有位翻轉(zhuǎn)獲得適用于不同系統(tǒng)的位運算模板例4#include<stdio.h>voidmain(){

inta=32767;

intb=~a;

printf("a=%d,b=%d\n",a,b);}結(jié)果：a=32767，b=-32768

計算a:原碼:0111111111111111b:補碼:1000000000000000左移(LeftShift)運算規(guī)則i<<n把i各位全部向左移動n位最左端的n位被移出丟棄最右端的n位用0補齊用法若沒有溢出，則左移n位相當于乘上2n運算速度比真正的乘法和冪運算快得多例5以下程序的運行結(jié)果是

60。#include<stdio.h>voidmain(){ unsignedinta=15,b; b=a<<2;

printf("%d,%d\n",a,b);}例6以下程序的運行結(jié)果是

。#include<stdio.h>voidmain(){

inta=12,b; b=0x1f5&a<<3;

printf("%d,%d\n",a,b);}結(jié)果：12，96計算已知：0x1f5為111110101且：∵a為1100∴a<<3為1100000111110101&001100000001100000=96右移(RightShift)運算規(guī)則i>>n把i各位全部向右移動n位最右端的n位被移出丟棄最左端的n位用0補齊(邏輯右移)或最左端的n位用符號位補齊(算術(shù)右移)用法右移n位相當于除以2n，并舍去小數(shù)部分運算速度比真正的除法和冪運算快得多例7以下程序的運行結(jié)果是

4,5。#include<stdio.h>voidmain(){

inta=16,b=20;

printf("%d,%d",a>>2,b>>2);}應(yīng)用示例①從整數(shù)a最右端第m個位置開始取該位開始右面n位。算法如下：

b=a>>(m-n+1)c=～(～0<<n)d=b&c

注：位自右向左從0開始編號應(yīng)用示例②將一個整數(shù)a循環(huán)右移n位。算法如下：b=a<<(16-n)c=a>>nc=c|b

例8:將16進制短整數(shù)按二進制打印輸出 輸入：F1E2

輸出：1111000111100010

輸入：13A5

輸出：0001001110100101算法思想：從高位到低位逐位測試每一位是0或是1。可順次設(shè)置屏蔽字分別為100000000000

0000、010000000000

0000、……、00000000

00000001，與該數(shù)進行&運算，從而保留所需的一個位的狀態(tài)(其余各位為0)。若結(jié)果非零則輸出1，否則輸出0。#include<stdio.h>voidmain(){

inti; shorta;

scanf("%X",&a); for(i=15;i>=0;i--) printf("%1d",a&1<<i?1:0);}C語言允許在一個結(jié)構(gòu)體中以位為單位來指定其成員所占內(nèi)存長度。這種以位為單位的成員稱為“位段”。4.2位段

位段的概念1.位段的含義位段是以位為單位定義長度的結(jié)構(gòu)體類型中的成員.2、位段的構(gòu)成例如:structpack{unsigneda:2;unsignedb:6;unsignedc:8;

intx;}data;這個結(jié)構(gòu)體類型的變量在內(nèi)存中的情況為:abcx26816也可以使各個字段不恰好占滿一個字節(jié)structpack{unsigneda:2;unsignedb:6;unsignedc:4;

intx;}data;則內(nèi)存中的分配形式為:此處：a,b,c共占2個字節(jié)中的12位，空閑4位,

int型的x從一個新的字節(jié)開始.abcx26416空閑4對位段中數(shù)據(jù)的引用方法1、方法：通過結(jié)構(gòu)體成員來應(yīng)用：如：data.a=2;data.b=6;2、要點：注意每個字段的最大取值范圍.

如:data.a的取值只能是:0~3,

因為兩位二進制最大表示的數(shù)為3. 1.若某個位段要從新的存儲單元開始,可以這樣定義:structpack{unsigneda:2;unsigned:0;unsignedb:4;unsignedc:4;intx;}data;注意：長度為0的位段的作用是使下一個位段的內(nèi)容從新的存儲單元開始存放。位段的使用要點位段的使用要點2.一個位段存儲在同一個機器字中,不能跨字存儲.如下面的定義是錯誤的(假設(shè)機器的字長為16位)structpack{unsigneda:2;unsignedb:5;unsignedc:10;unsignedd:4;

intx;}data;3.可以定義無名字段structpack{unsigneda:2;unsigned:5;/*空閑不用*/unsignedb:2;unsignedc:4;

intx;}data;位段的使用要點4.位段可以用十進制的整型形式輸出,也可以用其他的整型格式輸出(如八進制,十六進制和無符號),位段以整型的形式參加算術(shù)運算.分析下面的程序：例9：voidmain(){structpack{unsigneda:2;unsignedb:3;unsignedc:1;unsignedd:4;unsignede:3;};

union{structpackqp;unsignedi;}abc;

abc.i=255;

printf(“%d\n”,abc.qp.d);}位段的使用要點例10：分析下列程序的輸出結(jié)果#defineN2#defineCUBE(X)(X*X*X)#include<stdio.h>voidmain(){

inti=N+2; i=CUBE(i);

printf("%d\n",i);}運行結(jié)果為：64

例11：下列程序的輸出結(jié)果是什么?#include<stdio.h>voidmain()｛structequip

｛unsigneda：2；

unsignedb：3；

unsignedc：1；

unsignedd：4；

unsignede：3；

unsigned：3；｝；

union

｛structequipeq；