C 位运算符

C 语言位运算符

注意:这是C语言中比较高级的主题。如果您是编程新手，一开始可能会觉得有些棘手，但请不要担心——位运算符主要用于系统编程、硬件控制或性能优化等特殊情况。

在C语言中，位运算符允许您直接操作构成二进制数字的位(1和0)。

计算机中的每个整数都以二进制形式存储，这意味着它使用0或1的位(二进制数字)来表示。位运算符允许您比较、合并、移位或翻转这些位。

List of Bitwise Operators

二进制示例

让我们从两个整数开始:

int a = 6;  // 0110 in binary
int b = 3;  // 0011 in binary

以下是不同位运算符对这些值的运算方式:

十进制和二进制值

以下是一个简要的参考表，展示了十进制数转换为二进制(16 位格式)后的样子:

 0 = 0000000000000000
 1 = 0000000000000001
 2 = 0000000000000010
 3 = 0000000000000011
 4 = 0000000000000100
 5 = 0000000000000101
 6 = 0000000000000110
 7 = 0000000000000111
 8 = 0000000000001000
 9 = 0000000000001001
10 = 0000000000001010
11 = 0000000000001011
12 = 0000000000001100

按位与 (&)

按位与运算符 & 比较每一位，仅当两位均为 1 时才返回 1。

int a = 6;   // 0110
int b = 3;   // 0011

int result = a & b;
printf("Result: %d
", result); // 2 (0010)

按位或 (|)

当且仅当其中一个位为 1 时，| 运算符将另一个位设置为 1。

int a = 6;   // 0110
int b = 3;   // 0011

int result = a | b;
printf("Result: %d
", result); // 7 (0111)

按位异或 (^)

按位异或 ^ 运算符仅当两个位不同时返回 1。

int a = 6;   // 0110
int b = 3;   // 0011

int result = a ^ b;
printf("Result: %d
", result); // 5 (0101)

按位取反 (~)

按位取反运算符 ~ 将每一位取反(0 变为 1，1 变为 0)。

int a = 5; // 00000101

int result = ~a;
printf("Result: %d
", result); // -6 on most systems

左移 (<<)

<< 运算符将位向左移动，并在右侧填充 0。这与乘以 2 的幂相同。

int a = 3; // 00000011

int result = a << 2;
printf("Result: %d
", result); // 12 (3 * 2^2)

右移 (>>)

右移运算符 >> 将位向右移动。这相当于除以 2 的幂。对于有符号整数，符号位是否保留取决于系统。

int a = 12; // 00001100

int result = a >> 2;
printf("Result: %d
", result); // 3 (12 / 2^2)

实际应用示例:标志和权限

位运算符通常用于将多个选项存储在单个整数中，即使用标志。

#define READ  1  // 0001
#define WRITE 2  // 0010
#define EXEC  4  // 0100

int permissions = READ | WRITE;  // 用户可以读写

if (permissions & READ) {
  printf("Read allowed
");
}
if (permissions & WRITE) {
  printf("Write allowed
");
}
if (permissions & EXEC) {
  printf("Execute allowed
");
}

在本例中，用户同时拥有READ和WRITE权限，但没有EXEC权限。

总结

• 位运算符作用于整数的各个位
• &:与 (AND) - 两个位都必须为 1
• |:或 (OR) - 任一位可以为 1
• ^: 异或 (XOR) - 只有一位为 1
• ~: 非 (NOT) - 翻转所有位
• <<: 左移 - 乘以 2 的幂
• >>: 右移 - 除以 2 的幂