【C语言】位操作符详解

文章目录

• • 按位与（&）
  • 按位或（|）
  • 按位异或（^）
  • 按位取反（~）
  • 左移（<<）
  • 右移（>>）

在C语言中，位操作符是直接对整数的二进制位进行操作的工具。它们在底层编程、嵌入式开发、数据压缩等场景中有着广泛的应用。掌握位操作符不仅能提升代码的执行效率，还能让我们更深入地理解计算机数据的存储与处理方式。本文将详细介绍C语言中的位操作符，包括基本概念和具体的代码示例。

按位与（&）

按位与操作符&用于对两个整数的对应二进制位进行与运算。

其运算规则是：当两个对应的二进制位都为1时，结果位才为1；否则，结果位为0。

计算3 & 5的结果：

3 : 000000115 : 000001013&5：00000001 即十进制的1

#include int main() { int a = 3; int b = 5; int result = a & b; printf(\"%d & %d = %d\\n\", a, b, result); return 0;}

运行结果：3 & 5 = 1

按位与操作常用于清零特定位、获取特定位等操作。

例如：要获取一个整数的最低位，只需将该整数与1进行按位与运算。

x: xxxxxxxx1: 000000011&x： 0000000x

按位或（|）

按位或操作符|对两个整数的对应二进制位进行或运算。
运算规则是：当两个对应的二进制位中至少有一个为1时，结果位为1；否则，结果位为0。

以3 | 5为例：

3: 000000115: 000001013|5:00000111 即十进制的7。

代码示例：

#include int main() { int a = 3; int b = 5; int result = a | b; printf(\"%d | %d = %d\\n\", a, b, result); return 0;}

运行结果：3 | 5 = 7

按位或操作可用于设置特定位。

例如，要将一个整数的最低位置为1，可将该整数与1进行按位或运算。

x : xxxxxxxx1: 000000011|x：xxxxxxx1

按位异或（^）

按位异或操作符^对两个整数的对应二进制位进行异或运算。

运算规则是：当两个对应的二进制位不同时，结果位为1；当两个对应的二进制位相同时，结果位为0。

计算3 ^ 5：

3: 000000115: 000001013^5：00000110 即十进制的6

代码示例：

#include int main() { int a = 3; int b = 5; int result = a ^ b; printf(\"%d ^ %d = %d\\n\", a, b, result); return 0;}

运行结果：3 ^ 5 = 6

按位异或操作有一些特殊的用途，比如不使用临时变量交换两个整数的值，以及判断两个数是否相等（当两个数异或结果为0时，两数相等）。

交换两个整数：

 10： 1010 20：10100 a = a ^ b; // a = 10 ^ 20 = 30 (11110) b = a ^ b; // b = 30 ^ 20 = 10 ( 1010) a = a ^ b; // a = 30 ^ 10 = 20 (10100) 

按位取反（~）

按位取反操作符~对一个整数的每个二进制位进行取反操作，即0变为1，1变为0。

注意：

• 按位取反操作符是单目运算符，只需要一个操作数。
• 对于有符号整数，其取反结果会受到符号位的影响。

以~3为例，在32位系统中

3: 00000000 00000000 00000000 00000011~3: 11111111 11111111 11111111 11111100这是一个负数的补码形式，对应的十进制数为-4。

代码示例：

#include int main() { int a = 3; int result = ~a; printf(\"~%d = %d\\n\", a, result); return 0;}

运行结果：~3 = -4

按位取反操作可用于生成与原数相反的位模式，在某些底层驱动开发中会用到。

左移（<<）

左移操作符<<将一个整数的二进制位向左移动指定的位数。

移动时，右边空出的位用0填充，左边超出的位被丢弃。

例如，3 << 1，

3: 000000113<<1: 00000110 即十进制的6。

代码示例：

#include int main() { int a = 3; int result = a << 1; printf(\"%d << 1 = %d\\n\", a, result); return 0;}

运行结果：3 << 1 = 6

左移操作相当于将原数乘以2的n次方（n为移动的位数），在需要快速计算乘法时可以使用，但要注意溢出的问题。

右移（>>）

右移操作符>>将一个整数的二进制位向右移动指定的位数。

• 对于无符号整数，左边空出的位用0填充
• 对于有符号整数，不同的编译器处理方式可能不同，有的用符号位填充（算术右移），有的用0填充（逻辑右移），在大多数编译器中采用算术右移。

以3 >> 1为例

3: 000000113>>1:00000001 即十进制的1

代码示例：

#include int main() { int a = 3; int result = a >> 1; printf(\"%d >> 1 = %d\\n\", a, result); return 0;}

运行结果：3 >> 1 = 1

右移操作相当于将原数除以2的n次方（n为移动的位数），同样要注意数据的符号和精度问题。

C语言的位操作符为我们提供了直接操作二进制位的能力，合理使用这些操作符可以写出更高效、更简洁的代码。在实际编程中，需要根据具体的场景选择合适的位操作符，并注意不同操作符的运算规则和可能出现的问题，如溢出、符号位处理等。通过不断练习和实践，才能熟练掌握位操作符的用法，发挥它们在编程中的强大作用。