C语言中的位运算

一、概念说明

1.概念

先来看一下位运算的概念：

1.1位运算

位运算简单来说，就是按二进制位进行运算。

位运算： 从现代计算机中所有的数据二进制的形式存储在设备中。即 0、1 两种状态，计算机对二进制数据进行的运算(+、-、*、/)都是叫位运算，即将符号位共同参与运算的运算。

了解了位运算之后，我们来看一下位运算符

1.2位运算符

关于右移：不同的编译器处理方法可能会不一样，有的会补符号位，有的会补0。

 ★小提示：
 a.逻辑位运算都是以 （bit）为单位。
 b.位运算符的操作数必须是整数/字符类型。

2.举例及补充

2.1位运算

以+为例

举一个简单的例子来看下（ + - * \）位运算：

int a = 3;
int b = 4;
int c = a + b;

计算两个数的和，因为在计算机中都是以二进制来进行运算，所以上面我们所给的 int 变量会在机器内部先转换为二进制在进行相加：

3(a): 0 0 0 0 0 0 1 1

加上(+)

4(b): 0 0 0 0 0 1 0 0

等于(=)

7(c ): 0 0 0 0 0 1 1 1

通过观察我们可以发现，相比在代码中直接使用(+、-、*、/)运算符，如果有位运算符的话，代码运行效率会不会更高，随着位运算符后续的出现，发现其实确实是这样。

下面一起来看一下位运算符：

2.2位运算符

关于每个运算符举一个简单的例子，来加深理解。

2.2.1按位与“&”

运算规则：
0 & 0 = 0  
0 & 1  =0  
1 & 0 = 0  
1 & 1 = 1
简要口诀：(同1为1，其余为0)

例如：

3 & 5
0000 0011(十进制：3)
&
0000 0101(十进制：5)
=
0000 0001 (十进制：1)

因此结果等于1(十进制)

2.2.2按位或“|”

运算规则：0 | 0 = 0   
0 | 1 = 1  
1 | 0 = 1  
1 | 1 = 1
简要口诀：同0为0，其余为1

例如：

3 | 5
0000 0011(十进制：3)
|
0000 0101(十进制：5)
=
0000 0111(十进制：7)

因此结果等于7(十进制)

2.2.3按位异或“^”

运算规则：
0 ^ 0 = 0  
0 ^ 1 = 1  
1 ^ 0 = 1  
1 ^ 1 = 0
简要口诀：相同为0，不同为1

例如：

4 ^ 7
0000 0100(十进制：4)
^
0000 0111 (十进制：7)
=
0000 0011(十进制：3)

因此结果等于3(十进制)

2.2.4按位非(取反)“~”

运算规则：
~1 = 0  
~0 = 1
简要口诀：1变0，0变1

例如：

~15
~0000 1111(十进制：~15)
=1111 0000(十进制：240)

因此结果等于240(十进制)

2.2.5左移“<<”

补充：若左移时舍弃的高位不包含1，则每左移一位，相当于该数乘以2。

例如：

1 << 2
即 1左移两位
0000 0001(十进制：1)
左移两位(<<2)后：
0000 0100(十进制：4)

结果为：4

2.2.6右移“>>”

补充： 操作数每右移一位，相当于该数除以2。

例如：

8 >> 2
即 8右移两位
0000 1000(十进制：8)
右移两位( >>2 )后：
0000 0010(十进制：2)

结果为：2

了解了这些概念之后，我们一起来看一下问题吧！

二、问题实战

自己编写了个题，仅用于学习，目的是为了加深对位运算的理解。

大家可以尝试实现一下

1.问题描述(开放题)

Problem Description

自己设计程序，要求用六种位运算符实现对两个整数的运算。

2.输入输出

Input

无

Output

两个整数经六种位运算分别得到的结果

三、源码实现(+详细注释)

1.注释版

//编码及注释：Code_流苏
//定义头文件
#include<stdio.h>

int main()
{
	//给定两个整数a和b 分别初始赋值为3和5
	//定义d e f g h i分别存储各种位运算后的值
    unsigned char a=3,b=5,c,d,e,f,g,h,i;
    // a(3): 0000 0011
    // b(5): 0000 0101 
    
    //按位与 &
    c=a&b;
    //经过按位与运算，得到c的值为0000 0001
    //以十进制输出
    printf("经过按位与运算后，可得c的值：%d\n",c);//输出结果为1
    
    //按位或 |
    a=3;
    b=5;
    d=a|b;
    //经过按位或运算，得到c的值为0000 0111
	//以十进制输出
    printf("经过按位或运算后，可得d的值：%d\n",d);//输出结果为7
    
    //按位异或 ^
    a=3;
	b=5;
	e=a^b;
	//经过按位异或运算，得到c的值为0000 0110
	//以十进制输出
	printf("经过按位异或运算后，可得e的值：%d\n",e);//输出结果为6
	
	//按位非(取反) ~
	a=3;
	b=7; //0000 0111 此处重新赋值 排除偶然性
	f=~a;
	g=~b;
	//经过按位非(取反)运算，得到f的值为1111 1100 g的值为1111 1000
	//以十进制输出
	printf("经过按位非运算后，可得f和g的值：%d %d\n",f,g);//输出结果f的值为252，g的值为248
	
	//移位 左移：>> 右移：>>
	a=3;
	b=5;
	h=a<<2;
	i=b>>2;
	//经过位移运算，得到f的值为0000 1100 g的值为0000 0001
	//以十进制输出
	printf("经过移位运算后，可得f和g的值：%d %d\n",h,i);//输出结果h的值为12，i的值为1
    return 0;//返回0，代表程序执行结束
}

关于unsigned char的解释：

unsigned char是无符号字节型，char类型变量的大小通常为1个字节（1字节=8个位），且属于整型。这就是为什么要用unsigned char的原因。

2.纯源码版

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

int main()
{
    unsigned char a=3,b=5,c,d,e,f,g,h,i;

    c=a&b;
    printf("经过按位与运算后，可得c的值：%d\n",c);
    
    a=3;
    b=5;
    d=a|b;
    printf("经过按位或运算后，可得d的值：%d\n",d);
    
    a=3;
	b=5;
	e=a^b;
	printf("经过按位异或运算后，可得e的值：%d\n",e);
	
	a=3;
	b=7; 
	f=~a;
	g=~b;
	printf("经过按位非运算后，可得f和g的值：%d %d\n",f,g);
	
	a=3;
	b=5;
	h=a<<2;
	i=b>>2;
	printf("经过移位运算后，可得f和g的值：%d %d\n",h,i);
	
    return 0;
}

四、输出结果展示

1.输出结果

经过按位与运算后，可得c的值：1
经过按位或运算后，可得d的值：7
经过按位异或运算后，可得e的值：6
经过按位非运算后，可得f和g的值：252 248
经过移位运算后，可得f和g的值：12 1

--------------------------------
Process exited after 0.3508 seconds with return value 0
请按任意键继续. . .

2.输出结果(图示版)

总结