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1、C语言程序设计提高篇,第4章 位运算,内容概述,位运算操作位段的概念,教学目标,字节和位的有关概念；正确使用常见的位运算符和位运算操作；牢记位段的要领及位段的使用方法。,C语言既是一种高级语言，广泛应用于应用软件的开发和程序设计，同时又是一种低级语言，可以用于系统软件的开发和程序设计，如自动控制系统中的过程控制、参数检测、数据通讯等控制程序，都可以综合利用C语言中的指针操作、位运算和位段技术来实现。本章介绍位运算的基本形式和常用运算符,并简要介绍位段的概念。位运算的深入学习，应该在计算机原理和汇编语言程序设计课程中进行。,位运算概述所谓“位运算”，是指按二进制位进行运算。位运算的特点：运算按二
2、进制逐位进行没有借位和进位。位运算量：整型（int,short,unsiged,long）/字符型（以补码/ASCII码形式存储），不可为实型。,4.1位运算符和位运算,位运算符(Bitwise Operators),位运算符还可与赋值运算符相结合，进行位运算赋值操作。如：a&=b 等价于 a=a&b a=b 等价于 a=ab位运算时的数据类型为char/int，分析时要化为二进制形式，但在程序中书写及输出结果时仍为char/int。负数以补码形式参与运算注意与逻辑运算区别,按位与(Bitwise AND),运算规则0 用法按位清零保留某些指定位,位运算符的使用,例1#include void
3、 main()int a,b;printf(Enter a and b:);scanf(%d,%d,计算 010 000(a)&011 111(b)010 000 001 010(a)&010 000(b)000 000,Enter a and b:16,31a&b=16,Enter a and b:10,16a&b=0,按位或(Bitwise Inclusive OR),运算规则0|0=0;0|1=1;1|0=1;1|1=1;用法按位定值为1,例2#include void main()unsigned char a,b;printf(Enter a and b:);scanf(%o,%o,
4、Enter a and b:20,30a|b=30,Enter a and b:12,20a|b=32,计算 010 000(a)|011 000(b)011 000 001 010(a)|010 000(b)011 010,按位异或(Bitwise Exclusive OR,XOR),运算规则0 0=0;0 1=1;1 0=1;1 1=0;说明相“异”则为1，相“同”则为0,例3以下程序的功能是将a数据的低4位取反。#include void main()unsigned char a=0 x39,b=;a=ab;printf(%xn,a);,答案：0 x0f,计算 00111001(a)0
5、0001111(b)00110110,与0相异或，保持原值不变与自身相异或，则全部位清零交换两个整数值a=ab;b=ba;a=ab;,交换两个整数值不用临时变量,#include void main()int a=3,b=4;a=ab;b=ba;a=ab;printf(“a=%d b=%dn,a,b);结果：a=4 b=3,按位取反(Ones Complement),运算规则 0=1;1=0;用法所有位翻转获得适用于不同系统的位运算模板,例4#include void main()int a=32767;int b=a;printf(a=%d,b=%dn,a,b);,结果：a=32767，b=
6、-32768,计算a:原码:0111111111111111b:补码:1000000000000000,左移(Left Shift),运算规则i n把i各位全部向左移动n位最左端的n位被移出丢弃最右端的n位用0补齐用法若没有溢出，则左移n位相当于乘上2n运算速度比真正的乘法和幂运算快得多,例5以下程序的运行结果是 60。#include void main()unsigned int a=15,b;b=a2;printf(%d,%dn,a,b);,例6以下程序的运行结果是。#include void main()int a=12,b;b=0 x1f5,结果：12，96,计算已知：0 x1f5为
7、1 1111 0101且：a为1100 a3为1100000 111110101&001100000 001100000=96,右移(Right Shift),运算规则i n把i各位全部向右移动n位最右端的n位被移出丢弃最左端的n位用0补齐(逻辑右移)或最左端的n位用符号位补齐(算术右移)用法右移n位相当于除以2n，并舍去小数部分运算速度比真正的除法和幂运算快得多,例7以下程序的运行结果是 4,5。#include void main()int a=16,b=20;printf(%d,%d,a2,b2);,应用示例,从整数a最右端第m个位置开始取该位开始右面n位。算法如下：b=a(m-n+1)
8、c=(0n)d=b&c 注：位自右向左从0开始编号,应用示例,将一个整数a循环右移n位。算法如下：b=anc=c|b,例8:将16进制短整数按二进制打印输出输入：F1E2输出：1111000111100010输入：13A5输出：0001001110100101,算法思想：从高位到低位逐位测试每一位是0或是1。可顺次设置屏蔽字分别为1000 0000 0000 0000、0100 0000 0000 0000、0000 0000 0000 0001，与该数进行&运算，从而保留所需的一个位的状态(其余各位为0)。若结果非零则输出1，否则输出0。,#include void main()int i;
9、short a;scanf(%X,C语言允许在一个结构体中以位为单位来指定其成员所占内存长度。这种以位为单位的成员称为“位段”。,4.2位段,位段的概念,1.位段的含义 位段是以位为单位定义长度的结构体类型中的成员.2、位段的构成例如:struct pack unsigned a:2;unsigned b:6;unsigned c:8;int x;data;这个结构体类型的变量在内存中的情况为:,也可以使各个字段不恰好占满一个字节struct pack unsigned a:2;unsigned b:6;unsigned c:4;int x;data;则内存中的分配形式为:此处：a,b,c共占
10、2个字节中的12位，空闲4位,int型的x从一个新的字节开始.,对位段中数据的引用方法,1、方法：通过结构体成员来应用：如：data.a=2;data.b=6;2、要点：注意每个字段的最大取值范围.如:data.a的取值只能是:03,因为两位二进制最大表示的数为3.,1.若某个位段要从新的存储单元开始,可以这样定义:struct packunsigned a:2;unsigned:0;unsigned b:4;unsigned c:4;int x;data;注意：长度为0的位段的作用是使下一个位段的内容从新的存储单元开始存放。,位段的使用要点,位段的使用要点,2.一个位段存储在同一个机器字中,
11、不能跨字存储.如下面的定义是错误的(假设机器的字长为16位)struct pack unsigned a:2;unsigned b:5;unsigned c:10;unsigned d:4;int x;data;,3.可以定义无名字段struct pack unsigned a:2;unsigned:5;/*空闲不用*/unsigned b:2;unsigned c:4;int x;data;,位段的使用要点,4.位段可以用十进制的整型形式输出,也可以用其他的整型格式输出(如八进制,十六进制和无符号),位段以整型的形式参加算术运算.分析下面的程序：例9：void main()struct pa
12、ck unsigned a:2;unsigned b:3;unsigned c:1;unsigned d:4;unsigned e:3;unionstruct pack qp;unsigned i;abc;abc.i=255;printf(“%dn”,abc.qp.d);,位段的使用要点,例10：分析下列程序的输出结果#define N 2#define CUBE(X)(X*X*X)#include void main()int i=N+2;i=CUBE(i);printf(%dn,i);,运行结果为：64,例11：下列程序的输出结果是什么?#include void main()struct
13、 equip unsigned a：2；unsigned b：3；unsigned c：1；unsigned d：4；unsigned e：3；unsigned：3；union struct equip eq；unsigned i；abc；abc.i255；printf(“%dn，abc.eq.d)；,运行结果为：3,习题4.1 编写一个函数getbits，从一个16位的单元中取出某几位(即该几位保留原值，其余位为0)。函数调用形式为getbits(value，n1，n2)。value为该16位(两个字节)中的数据值，n1为欲取出的起始位，n2为欲取出的结束位。如:getbits(0101675，5，8)表示对八进制101675这个数，取出它的从左面起第5位到第8位。,4.2 写一函数，对一个16位的二进制数取出它的奇数位(即从左边起第1、3、5、15位)。4.3 编一程序，检查一下你所用的计算机系统的C编译在执行右移时是按照逻辑位移的原则还是按算术右移原则？如果是逻辑右移，请你编一函数实现算术右移？如果是算术右移，请编写一函数以实现逻辑右移。,4.4 编一函数用来实现左右循环移位。函数名为move，调用方法为move(value，n)其中value为要循环位移的数，n为位移的位数。如n0表示为左移；n0为右移。如n=4，表示要右移4位；n=-3，为要左移3位。,
