【18】C语言位运算符详解

【18】C语言位运算符详解

位运算符是C语言中用于直接操作二进制位的运算符，它们对整型数据的二进制表示进行位级别的操作。位运算符在嵌入式开发、加密算法、图形处理等领域有广泛应用，掌握它们对于编写高效的低级代码非常重要。

一、基本位运算符

1.1 按位与（&）

int a = 5;    // 二进制: 0101
int b = 3;    // 二进制: 0011
int result = a & b;  // 结果: 0001 (十进制1)

真值表：

0 & 0 = 0
0 & 1 = 0  
1 & 0 = 0
1 & 1 = 1

应用场景：

• 检查特定位是否为1
• 清除特定位（用0与目标位进行与操作）

1.2 按位或（|）

int a = 5;    // 二进制: 0101
int b = 3;    // 二进制: 0011
int result = a | b;  // 结果: 0111 (十进制7)

真值表：

0 | 0 = 0
0 | 1 = 1
1 | 0 = 1
1 | 1 = 1

应用场景：

• 设置特定位为1

1.3 按位异或（^）

int a = 5;    // 二进制: 0101
int b = 3;    // 二进制: 0011
int result = a ^ b;  // 结果: 0110 (十进制6)

真值表：

0 ^ 0 = 0
0 ^ 1 = 1
1 ^ 0 = 1
1 ^ 1 = 0

特性：

• 相同为0，不同为1
• 任何数与0异或保持不变
• 任何数与自己异或结果为0

1.4 按位取反（~）

int a = 5;    // 二进制: 0000 0101
int result = ~a;     // 结果: 1111 1010 (取决于整数位数)

应用场景：

• 求补码（负数表示）
• 位反转操作

二、移位运算符

2.1 左移（<<）

int a = 5;    // 二进制: 0101
int result = a << 2; // 结果: 10100 (十进制20)

特性：

• 左移n位相当于乘以2ⁿ
• 空出的低位补0

2.2 右移（>>）

int a = 20;   // 二进制: 10100
int result = a >> 2; // 结果: 00101 (十进制5)

特性：

• 右移n位相当于除以2ⁿ（向下取整）
• 对于有符号数，高位补符号位（算术右移）
• 对于无符号数，高位补0（逻辑右移）

三、实用示例

3.1 位操作常用技巧

// 设置第n位为1
x = x | (1 << n);// 清除第n位（设为0）
x = x & ~(1 << n);// 切换第n位（0变1，1变0）
x = x ^ (1 << n);// 检查第n位是否为1
if (x & (1 << n)) {// 第n位为1
}// 检查奇偶性
if (x & 1) {// 奇数（最低位为1）
} else {// 偶数（最低位为0）
}

3.2 完整示例程序

#include <stdio.h>void printBinary(int num) {for (int i = 31; i >= 0; i--) {printf("%d", (num >> i) & 1);if (i % 4 == 0) printf(" ");}printf("\n");
}int main() {int a = 29;  // 二进制: 0001 1101int b = 15;  // 二进制: 0000 1111printf("a = %d, 二进制: ", a);printBinary(a);printf("b = %d, 二进制: ", b);printBinary(b);printf("a & b = %d, 二进制: ", a & b);printBinary(a & b);printf("a | b = %d, 二进制: ", a | b);printBinary(a | b);printf("a ^ b = %d, 二进制: ", a ^ b);printBinary(a ^ b);printf("~a = %d, 二进制: ", ~a);printBinary(~a);printf("a << 2 = %d, 二进制: ", a << 2);printBinary(a << 2);printf("a >> 2 = %d, 二进制: ", a >> 2);printBinary(a >> 2);return 0;
}

四、注意事项

1. 运算符优先级： 位运算符的优先级低于算术运算符
2. 移位位数限制： 移位位数应小于操作数的位数
3. 有符号数右移： 结果依赖于具体实现（算术右移或逻辑右移）
4. 负数移位： 可能产生未定义行为，需谨慎处理