C语言位运算

在 C 语言中，位运算是对二进制位进行的操作。以下是关于 C 语言位运算的介绍：

一、常见的位运算符

1. 按位与（&）：

   • 规则：两个对应的二进制位都为 1 时，结果位为 1，否则为 0。
   • 例如：5（二进制为 0101）与 3（二进制为 0011）进行按位与运算，结果为 0001，即 1。

2. 按位或（|）：

   • 规则：两个对应的二进制位只要有一个为 1 时，结果位为 1，否则为 0。
   • 例如：5（二进制为 0101）与 3（二进制为 0011）进行按位或运算，结果为 0111，即 7。

3. 按位异或（^）：

   • 规则：两个对应的二进制位不同时，结果位为 1，相同时为 0。
   • 例如：5（二进制为 0101）与 3（二进制为 0011）进行按位异或运算，结果为 0110，即 6。

4. 取反（~）：

   • 规则：将二进制位的每一位取反，即 0 变为 1，1 变为 0。
   • 例如：~5（二进制为 0101），结果为 1010，即按位取反后为 -6（在有符号整数中，最高位为 1 表示负数）。

5. 左移（<<）：

   • 规则：将一个数的二进制表示向左移动指定的位数，右边用 0 填充。
   • 例如：5（二进制为 0101）左移 2 位，结果为 20（二进制为 10100）。

6. 右移（>>）：

   • 规则：对于有符号数，将一个数的二进制表示向右移动指定的位数，左边用符号位填充；对于无符号数，左边用 0 填充。
   • 例如：5（二进制为 0101）右移 2 位，结果为 1（二进制为 0001）。

二、位运算的应用场景

1. 高效的标志位处理：

   • 可以用一个整数的不同位来表示不同的标志状态。例如，可以用一个字节来表示 8 个不同的开关状态，通过位运算来设置、清除和检查这些标志位。
   • 代码示例：

     unsigned char flags = 0;
     // 设置第 3 个标志位
     flags |= (1 << 2);
     // 检查第 3 个标志位是否设置
     if (flags & (1 << 2)) {
         printf("Third flag is set.\n");
     }
     // 清除第 3 个标志位
     flags &= ~(1 << 2);
     

2. 数据的压缩和编码：

   • 在某些情况下，可以通过位运算来压缩数据，减少存储空间的占用。例如，可以将多个小的整数打包到一个较大的整数中。
   • 代码示例：

     unsigned int packTwoNumbers(unsigned char num1, unsigned char num2) {
         return (num1 << 8) | num2;
     }
     

3. 位掩码操作：

   • 可以使用位掩码来选择或屏蔽特定的位。例如，要获取一个整数的低 4 位，可以使用位掩码 0x0F。
   • 代码示例：

     unsigned int num = 0xABCD;
     unsigned char lowFourBits = num & 0x0F;
     

4. 快速计算乘除 2 的幂次方：

   • 左移一位相当于乘以 2，右移一位相当于除以 2。
   • 代码示例：

     int num = 5;
     int doubled = num << 1; // 10
     int halved = num >> 1; // 2
     

总之，位运算在 C 语言中是一种强大的工具，可以用于优化代码、处理特定的数据格式和实现一些特定的算法。但在使用位运算时，需要小心处理边界情况和确保代码的可读性。