ACM位運算應用總結及使用優勢
位運算是指按二進位制進行的運算。在系統軟體中,常常需要處理二進位制位的問題。C語言提供了6個位操作
運算子。這些運算子只能用於整型運算元,即只能用於帶符號或無符號的char,short,int與long型別。
C語言提供的位運算子列表:
運算子 含義 描述
& 按位與 如果兩個相應的二進位制位都為1,則該位的結果值為1,否則為0
| 按位或 兩個相應的二進位制位中只要有一個為1,該位的結果值為1
^ 按位異或 若參加運算的兩個二進位制位值相同則為0,否則為1
~ 取反 ~是一元運算子,用來對一個二進位制數按位取反,即將0變1,將1變0
<< 左移 用來將一個數的各二進位制位全部左移N位,右補0
>> 右移 將一個數的各二進位制位右移N位,移到右端的低位被捨棄,對於無符號數,高位補0
1、“按位與”運算子(&)
按位與是指:參加運算的兩個資料,按二進位制位進行“與”運算。如果兩個相應的二進位制位都為1,
則該位的結果值為1;否則為0。這裡的1可以理解為邏輯中的true,0可以理解為邏輯中的false。按位與其
實與邏輯上“與”的運算規則一致。邏輯上的“與”,要求運算數全真,結果才為真。若,
A=true,B=true,則A∩B=true 例如:3&5 3的二進位制編碼是11(2)。(為了區分十進位制和其他進位制,本文規
定,凡是非十進位制的資料均在資料後面加上括號,括號中註明其進位制,二進位制則標記為2)記憶體儲存資料
的基本單位是位元組(Byte),一個位元組由8個位(bit)所組成。位是用以描述電腦資料量的最小單位。二
進位制系統中,每個0或1就是一個位。將11(2)補足成一個位元組,則是00000011(2)。5的二進位制編碼是
101(2),將其補足成一個位元組,則是00000101(2)
按位與運算:
00000011(2)
&00000101(2)
00000001(2)
由此可知3&5=1
c語言程式碼:
#include <stdio.h>
main()
{
int a=3;
int b = 5;
printf("%d",a&b);
}
按位與的用途:
(1)清零
若想對一個儲存單元清零,即使其全部二進位制位為0,只要找一個二進位制數,其中各個位符合一下條件:
原來的數中為1的位,新數中相應位為0。然後使二者進行&運算,即可達到清零目的。
例:原數為43,即00101011(2),另找一個數,設它為148,即10010100(2),將兩者按位與運算:
00101011(2)
&10010100(2)
00000000(2)
c語言原始碼:
#include <stdio.h>
main()
{
int a=43;
int b = 148;
printf("%d",a&b);
}
(2)取一個數中某些指定位
若有一個整數a(2byte),想要取其中的低位元組,只需要將a與8個1按位與即可。
a 00101100 10101100
b 00000000 11111111
c 00000000 10101100
(3)保留指定位:
與一個數進行“按位與”運算,此數在該位取1.
例如:有一數84,即01010100(2),想把其中從左邊算起的第3,4,5,7,8位保留下來,運算如下:
01010100(2)
&00111011(2)
00010000(2)
即:a=84,b=59
c=a&b=16
c語言原始碼:
#include <stdio.h>
main()
{
int a=84;
int b = 59;
printf("%d",a&b);
}
2、“按位或”運算子(|)
兩個相應的二進位制位中只要有一個為1,該位的結果值為1。借用邏輯學中或運算的話來說就是,一真為真
。
例如:60(8)|17(8),將八進位制60與八進位制17進行按位或運算。
00110000
|00001111
00111111
c語言原始碼:
#include <stdio.h>
main()
{
int a=060;
int b = 017;
printf("%d",a|b);
}
應用:按位或運算常用來對一個數據的某些位定值為1。例如:如果想使一個數a的低4位改為1,則只需要
將a與17(8)進行按位或運算即可。
3、“異或”運算子(^)
他的規則是:若參加運算的兩個二進位制位值相同則為0,否則為1
即0∧0=0,0∧1=1,1∧0=1, 1∧1=0
例: 00111001
∧ 00101010
00010011
c語言原始碼:
#include <stdio.h>
main()
{
int a=071;
int b = 052;
printf("%d",a^b);
}
應用:
(1)使特定位翻轉
設有數01111010(2),想使其低4位翻轉,即1變0,0變1.可以將其與00001111(2)進行“異或”運算,
即:
01111010
^00001111
01110101
運算結果的低4位正好是原數低4位的翻轉。可見,要使哪幾位翻轉就將與其進行∧運算的該幾位置為1
即可。
(2)與0相“異或”,保留原值
例如:012^00=012
00001010
^00000000
00001010
因為原數中的1與0進行異或運算得1,0^0得0,故保留原數。
(3) 交換兩個值,不用臨時變數
例如:a=3,即11(2);b=4,即100(2)。
想將a和b的值互換,可以用以下賦值語句實現:
a=a∧b;
b=b∧a;
a=a∧b;
a=011(2)
(∧)b=100(2)
a=111(2)(a∧b的結果,a已變成7)
(∧)b=100(2)
b=011(2)(b∧a的結果,b已變成3)
(∧)a=111(2)
a=100(2)(a∧b的結果,a已變成4)
等效於以下兩步:
① 執行前兩個賦值語句:“a=a∧b;”和“b=b∧a;”相當於b=b∧(a∧b)。
② 再執行第三個賦值語句: a=a∧b。由於a的值等於(a∧b),b的值等於(b∧a∧b),
因此,相當於a=a∧b∧b∧a∧b,即a的值等於a∧a∧b∧b∧b,等於b。
很神奇吧!
c語言原始碼:
#include <stdio.h>
main()
{
int a=3;
int b = 4;
a=a^b;
b=b^a;
a=a^b;
printf("a=%d b=%d",a,b);
}
4、“取反”運算子(~)
他是一元運算子,用於求整數的二進位制反碼,即分別將運算元各二進位制位上的1變為0,0變為1。
例如:~77(8)
原始碼:
#include <stdio.h>
main()
{
int a=077;
printf("%d",~a);
}
5、左移運算子(<<)
左移運算子是用來將一個數的各二進位制位左移若干位,移動的位數由右運算元指定(右運算元必須是非負
值),其右邊空出的位用0填補,高位左移溢位則捨棄該高位。
例如:將a的二進位制數左移2位,右邊空出的位補0,左邊溢位的位捨棄。若a=15,即00001111(2),左移2
位得00111100(2)。
原始碼:
#include <stdio.h>
main()
{
int a=15;
printf("%d",a<<2);
}
左移1位相當於該數乘以2,左移2位相當於該數乘以2*2=4,15<<2=60,即乘了4。但此結論只適用於該
數左移時被溢位捨棄的高位中不包含1的情況。
假設以一個位元組(8位)存一個整數,若a為無符號整型變數,則a=64時,左移一位時溢位的是0
,而左移2位時,溢位的高位中包含1。
6、右移運算子(>>)
右移運算子是用來將一個數的各二進位制位右移若干位,移動的位數由右運算元指定(右運算元必須是非負
值),移到右端的低位被捨棄,對於無符號數,高位補0。對於有符號數,某些機器將對左邊空出的部分
用符號位填補(即“算術移位”),而另一些機器則對左邊空出的部分用0填補(即“邏輯移位”)。注
意:對無符號數,右移時左邊高位移入0;對於有符號的值,如果原來符號位為0(該數為正),則左邊也是移
入0。如果符號位原來為1(即負數),則左邊移入0還是1,要取決於所用的計算機系統。有的系統移入0,有的
系統移入1。移入0的稱為“邏輯移位”,即簡單移位;移入1的稱為“算術移位”。
例: a的值是八進位制數113755:
a:1001011111101101 (用二進位制形式表示)
a>>1: 0100101111110110 (邏輯右移時)
a>>1: 1100101111110110 (算術右移時)
在有些系統中,a>>1得八進位制數045766,而在另一些系統上可能得到的是145766。Turbo C和其他一些C
編譯採用的是算術右移,即對有符號數右移時,如果符號位原來為1,左面移入高位的是1。
原始碼:
#include <stdio.h>
main()
{
int a=0113755;
printf("%d",a>>1);
}
7、位運算賦值運算子
位運算子與賦值運算子可以組成複合賦值運算子。
例如: &=, |=, >>=, <<=, ∧=
例: a & = b相當於 a = a & b
a << =2相當於a = a << 2