C语言位运算（按位与运算、或运算、异或运算、左移运算、右移运算）

所谓位运算，就是对一个比特（Bit）位进行操作。在《数据在内存中的存储》一节中讲到，比特（Bit）是一个电子元器件，8个比特构成一个字节（Byte），它已经是粒度**小的可操作单元了。

C语言提供了六种位运算符：

9 & 5可以转换成如下的运算：

0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001（9 在内存中的存储）

& 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101（5 在内存中的存储）

-----------------------------------------------------------------------------------

0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0001（1 在内存中的存储）

-9 & 5可以转换成如下的运算：

1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111（-9 在内存中的存储）

& 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101（5 在内存中的存储）

-----------------------------------------------------------------------------------

0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101（5 在内存中的存储）

-9 & 5

的结果是 5。

关于正数和负数在内存中的存储形式，我们已在VIP教程《整数在内存中是如何存储的，为什么它堪称天才般的设计》中进行了讲解。

-9&5为例，-9 的在内存中的存储和 -9 的二进制形式截然不同：

1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111（-9 在内存中的存储）

-0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001（-9 的二进制形式，前面多余的 0 可以抹掉）

n & 0XFFFF运算（0XFFFF 在内存中的存储形式为 0000 0000 -- 0000 0000 -- 1111 1111 -- 1111 1111）。

【实例】对上面的分析进行检验。

#include <stdio.h> 
int **in(){ 
int n = 0X8FA6002D; 
printf("%d, %d, %X\n", 9 & 5, -9 & 5, n & 0XFFFF); 
return 0; 
}

运行结果：

1, 5, 2D

9 | 5可以转换成如下的运算：

0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001（9 在内存中的存储）

| 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101（5 在内存中的存储）

-----------------------------------------------------------------------------------

0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1101（13 在内存中的存储）

9 | 5

的结果为 13。又如，

-9 | 5

可以转换成如下的运算：

1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111（-9 在内存中的存储）

| 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101（5 在内存中的存储）

-----------------------------------------------------------------------------------

1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111（-9 在内存中的存储）

-9 | 5

的结果是 -9。 按位或运算可以用来将某些位置 1，或者保留某些位。例如要把 n 的高 16 位置 1，保留低 16 位，可以进行

n | 0XFFFF0000

运算（0XFFFF0000 在内存中的存储形式为 1111 1111 -- 1111 1111 -- 0000 0000 -- 0000 0000）。

【实例】对上面的分析进行校验。

#include <stdio.h> 
int **in(){ 
int n = 0X2D; 
printf("%d, %d, %X\n", 9 | 5, -9 | 5, n | 0XFFFF0000); 
return 0; 
}

运行结果：

13, -9, FFFF002D

9 ^ 5可以转换成如下的运算：

0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001（9 在内存中的存储）

^0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101（5 在内存中的存储）

-----------------------------------------------------------------------------------

0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1100（12 在内存中的存储）

9 ^ 5

的结果为 12。又如，

-9 ^ 5

可以转换成如下的运算：

1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111（-9 在内存中的存储）

^0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101（5 在内存中的存储）

-----------------------------------------------------------------------------------

1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0010（-14 在内存中的存储）

-9 ^ 5

的结果是 -14。 按位异或运算可以用来将某些二进制位反转。例如要把 n 的高 16 位反转，保留低 16 位，可以进行n ^ 0XFFFF0000运算（0XFFFF0000 在内存中的存储形式为 1111 1111 -- 1111 1111 -- 0000 0000 -- 0000 0000）。

【实例】对上面的分析进行校验。

#include <stdio.h> 
int **in(){ 
unsigned n = 0X0A07002D; 
printf("%d, %d, %X\n", 9 ^ 5, -9 ^ 5, n ^ 0XFFFF0000); 
return 0; 
}

运行结果：

12, -14, F5F8002D

~9可以转换为如下的运算：

~ 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001（9 在内存中的存储）

-----------------------------------------------------------------------------------

1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0110（-10 在内存中的存储）

~-9可以转换为如下的运算：

~ 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111（-9 在内存中的存储）

-----------------------------------------------------------------------------------

0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1000（8 在内存中的存储）

~-9的结果为 8。

【实例】对上面的分析进行校验。

#include <stdio.h> 
int **in(){ 
printf("%d, %d\n", ~9, ~-9 ); 
return 0; 
}

运行结果：

-10, 8

9<<3可以转换为如下的运算：

<< 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001（9 在内存中的存储）

-----------------------------------------------------------------------------------

0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0100 1000（72 在内存中的存储）

(-9)<<3可以转换为如下的运算：

<< 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111（-9 在内存中的存储）

-----------------------------------------------------------------------------------

1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1011 1000（-72 在内存中的存储）

所以(-9)<<3的结果为 -72

如果数据较小，被丢弃的高位不包含 1，那么左移 n 位相当于乘以 2 的 n 次方。

【实例】对上面的结果进行校验。

#include <stdio.h> 
int **in(){ 
printf("%d, %d\n", 9<<3, (-9)<<3 ); 
return 0; 
}

运行结果：

72, -72

9>>3可以转换为如下的运算：

>> 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001（9 在内存中的存储）

-----------------------------------------------------------------------------------

0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0001（1 在内存中的存储）

(-9)>>3可以转换为如下的运算：

>> 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111（-9 在内存中的存储）

-----------------------------------------------------------------------------------

1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1110（-2 在内存中的存储）

(-9)>>3的结果为 -2 如果被丢弃的低位不包含 1，那么右移 n 位相当于除以 2 的 n 次方（但被移除的位中经常会包含 1）。

【实例】对上面的结果进行校验。

#include <stdio.h> 
int **in(){ 
printf("%d, %d\n", 9>>3, (-9)>>3 ); 
return 0; 
}

运行结果：

1, -2