C语言位操作

最近在重新学习C语言,使用的书为Brian W.Kernignan 和
Dennis
M.Ritchie的《C程序设计语言》。今晚读到了位操作,并写了一些简单的测试程序。

C语言提供了6个位操作运算符。这些运算符只能作用于整型操作数,即只能作用于带着有符号或无符号的char、short、int与long类型。

这六种位操作运算符为:

&     按位与|      按位或^     按位抑或<<   左移>>   右移~     按位求反

位操作常用于一些开关性质的操作。例如:

x = x | SET_ON

就可以用来表示置某一位为1,假如置第3位(从左边数,第一位为0)为1,则SET_ON
= 0100

若要置某一位为0,则

x = x & SET_OFF

若同样将第三位置0,则SET_OFF = 1011

关于按位求反的一个比较特殊的用法是:

x = x & ~077

将x的最后6位置0。表达式~077与机器字长无关,他比形式0177700的表达式要好,因为后者假定x是16位的数值。这种可移植的形式并没有增加额外开销,因为~077是常量表达式,可以在编译时求值。

在对unsigned类型的无符号值进行右移位时,左边空出的部分将用0填补;当对signed类型的带符号值进行右移时,某些机器将对左边空出的部分用符号为填补(即“算术运算”),而另一些机器则对左边空出的部分用0填补(即“逻辑移位”)。

下面介绍几个使用位操作的实例:

1、编写函数getbits,它返回x中从右边数第p位开始向右数n位的字段。这里假定最右边的一位是第0位,n与p都是合理的正值。

此题为该书的实例程序,不再过多介绍,代码如下:

unsigned getbits(unsigned x,int p,int n){    return (x >> (p + 1 - n)) & ~(~0 << n);}

2、编写一个函数setbits,该函数返回对x执行下列操作后的结果值:将x中从p位开始的n个位设置为y中最右边n位的值,x的其余各位保持不变

永利皇宫 1

如上图所示,首先将x
与~(~(~0 << n) << (p + 1 –
n))相与,清零x的左边第p位向右n位,得到结果1。

其次,将y与~(~0
<< n) 相与以清零y除0到n-1的位,在上述结果左移p + 1 – n
位,即将y的低n位左移,得到结果2

最后将结果1与结果2或,则得到结果,代码如下:

unsigned setbits(unsigned x, int p, int n, unsigned y){    return ~(~(~0 << n) << (p + 1 - n)) & x | ((~(~0 << n) & y) << (p + 1 - n));}

3、编写一个函数invert,该函数返回对x执行下列操作后的结果值:将x中从第p位开始的n个位求反,x的其余位保持不变

此题就不再画图了,直接说明思路即可

若使用按位求反,则就将x的每一位求反,不符合要求。值得注意的是异或^操作,0与1异或的结果是1,1与1异或的结果是0,可见与1异或的结果便是对该位求反。另外0与0异或的结果是0,1与0异或的结果还是1,,可见与0异或的结果是保持自己不变。利用此特性可以解决该题目。即让x与类似于000011110000(可表达为~(~0
<< n) << (p + 1 – n)的值异或。代码如下:

unsigned invert(unsigned x, int p, int n){    return x ^ (~(~0 << n) << (p + 1 - n)); }

永利皇宫 ,4、编写一个函数rightrot,该函数返回将x循环右移(即从最右端移出的位将从最左端移入)n位后所得到的值

基本的左移与右移函数,与移位方向相反的一端一般补充0或符号位,无法达到循环移位的目的。为了达到循环移位,可以将x的最右边n位首先左移至最左边,然后将x右移n位,将两结果进行或操作即可。代码如下:

unsigned rightrot(unsigned x, int n){    unsigned l = sizeof * 8;    n %= l;    return x <<  | x >> n;}

5、最后介绍一种求一个整数x的二进制中1的个数的方法。

最直接暴力的方法就是直接将x的二进制表示计算出来,然后数一数1的个数。但还有一个更“聪明”的方法。

要理解更“聪明”的想法,首先需清楚 x &
的结果所表达的含义。此操作会将x的二进制中最右边的一个1变成0。至于为什么,读者可以自己思考。

这样就很容易的写出代码了:

unsigned bitcount(unsigned x){    int i = 0;    for(; x != 0;x &= (x - 1))        ++i;    return i;}

上述的5个题目中涵盖了C语言中六种位操作的基本使用方法。学习使用位操作不仅仅是学习位操作,我更觉得通过此种学习方法可以锻炼自己的逻辑思维,加强自己对逻辑的敏感度。

PS:完成上述的几个函数时,几次都掉进了坑里。这个坑就是运算符的优先级问题。位运算符的优先级是低于加操作符的。故
x << n +
1指的是x左移n+1位,而不是x左移n位再加1。刚开始尝试编写上述几个函数时,使用了加法,后经思考将加法替换成了或操作。

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