C语言程序设计课件位运算.ppt
2019/2/21,位运算,课程：程序设计语言 教材：谭浩强C程序设计第三版 讲授：陈慧炜,2019/2/21,本章重点,6种基本位运算符的使用及其功能 位运算符的综合使用 位段的理解和应用,2019/2/21,请写出47的二进制形式,请写出-47的二进制数形式,提示： 1、在计算机中，数值一律以补码表示 2、绝对值相同的数，原码除符号位外都相同 3、正数的补码、原码、反码相同 4、负数的补码，是原码的反码加1,注意：最高位是符号位，1表示负数，0表示正数,整数的二进制表示,2019/2/21,整数的二进制表示,求负数-47的补码 原码： 反码： 补码：,2019/2/21,位与字节,高 低 一个字节由8个二进制位（bit）构成，一个位的取值为0或1。最右端的那一位是“最低位”，编号为0；最左端的那一位称为“最高位”，是符号位，从最低位到最高位按顺序依次编号。,2019/2/21,位运算符,1、按位与（&） 0&0=0，0&1=0，1&1=1 该位只要有一个0便为0 计算： 00000011 （3） & 00000101 （5）,（-3） ？ &（-5） ？ ？,00000001 （1）,2019/2/21,按位与的用途,（1）清零（用0相&） 11011001 & 11110000 11010000 （2）保留指定位（用1相&） 01010100 & 00111011 00010000 （3）用来检测某个位是否置位（用1相&）,2019/2/21,例：有一数据b，想测试其第4位是否为1？ 分析： 1.位号是从右向左数的 2. 设置一个只有第4位为1的二进制数a：00010000，与b进行与运 算，如果结果为00010000，则第4位为1；反之结果为00000000，则第4位为0。,2019/2/21,2、按位或（|）,0|0=0，0|1=1，1|1=1 该位只要有一个1便为1 按位或的用途： （1）置位：用1去跟某些位或，使某些位为1，如： 11011001 | 00001111 11011111 （2）保留原位：用0去跟某些位或，如上例前4位,2019/2/21,3、异或（）,00=0,01=1,11=0 异号为1（真），同号为0（假） 异或运算符的用途： （1）任何数与本身异或，则为0 10101111 10101111 00000000 （2）与0异或，则保留原值。 10101111 00000000 10101111,2019/2/21,（3）与-1异或，相当于将各位取反（因为-1的每个位都为1）。 10101111 11111111 (-1) 01010000 （4）特定位翻转。将需要翻转的位与1异或即可。 01111010 00001111 01110101,2019/2/21,（5）交换两个值，不用临时变量。 例：a=3,b=4，将a和b的值互换，可以用以下赋值语句实现： a=ab;b=ba;a=ab; a=011 b=100 a=111 b=100 b=011 a=111 a=100 最后，a=100 (4) b=011 (3) 实现了交换,2019/2/21,2019/2/21,4、取反（）,0=1,1=0 举例：使16位整数a最低位为0 分析： a&1111111111111110 保留前15位，将最低位清零； 1111111111111110这个数值为多少，较难运算； 1111111111111110 =0000000000000001 0000000000000001的值较为简单，就是1； 所以可以用：a=a&1的表达式达到要求。,2019/2/21,5、左移运算符（）,左移n位，右补n个0。 左移n位相当于乘以2n，左移位运算速度比乘法快。 但是，左移位可能溢出，实际结果不会超出指定的整数类型的值域。 unsigned char x = 37 3 ; 00100101 （37） 3 00101000 （40）,2019/2/21,6、右移运算符（）,右移n位相当于除以2 n，右移位运算速度比除法快。 00001111 2 00000011 注意： 无符号数：右移时左边补0； 有符号数：非负整数右移位时左边补0； 负整数逻辑右移：左边补0； 算术右移：左边补1,2019/2/21,检查一下你所用的计算机系统的C编译系统执行的是逻辑右移还是算术右移： 程序代码： #include void main( ) int a=0,b; b=a1; if(b=a)printf(“算术右移！n”); else printf(“逻辑右移！n”); 若b仍为0，则表明采用的是算术右移，反之为逻辑右移。,2019/2/21,位运算符功能总结,清位（置0）：跟0（若非说明，指指定位的值）相& 置位（置1）：跟1相| 检测某位是否为1：跟1相& 保留原位：跟1相&，或者跟0相| 翻转某位：跟1相,2019/2/21,位运算综合运用举例,例12.1：取一个整数a从右端开始的47位。,在中间取位比较麻烦，最好将该4位移到最低位，方便操作 a4即：,找一个数与（a4）进行运算，需要保留第四位，而使其余位清零,2019/2/21,设置一个最低四位均为1而其余位为0的数与之进行按位与运算，能够保留最低四位 0： 0000.00000 0： 111111111 04)跟（04）进行与运算，便可保留47位,2019/2/21,例12.2：右循环移位,假设用无符号短整型存放数据： a (16-n)位 n位 b n位 (16-n)位,2019/2/21,例12.2：右循环移位,假设用无符号短整型存放数据： a (16-n)位 n位 c,先取右端n位，放到最高位上： c=a（16-n）;,2019/2/21,例12.2：右循环移位,假设用无符号短整型存放数据： a (16-n)位 n位 c d,然后取左端(16-n)位，放到低位： d=an,先取右端n位，放到最高位上： c=a（16-n）;,2019/2/21,例12.2：右循环移位,假设用无符号短整型存放数据： a (16-n)位 n位 c d b n位 (16-n)位,然后取左端(16-n)位，放到低位： d=an,先取右端n位，放到最高位上： c=a（16-n）;,b=c|d,2019/2/21,对于无符号整数，总长度N(8 16 32)，则可以归纳为： 循环右移n： (an) |(a(N-n),2019/2/21,用二进制位存储信息： 将动词“看见”的这六种语法属性存入一个字节，则表示如下： 这个字节的值就是2163250。,2019/2/21,位 段,位段（bit field），就是结构（struct）中的一种字段（成员），这种成员是以二进制位作为长度单位的。动词属性可定义为如下一个结构： struct VerbAttr unsigned short Bu_ : 1 ; unsigned short Mei_ : 1 ; unsigned short Hen_ : 1 ; unsigned short _Zhe : 1 ; unsigned short _Le : 1 ; unsigned short _Guo : 1 ; v;,2019/2/21,结构中可以同时定义位段和其他字段。例如，重新定义动词属性结构如下： struct VerbAttr unsigned short Bu_ : 1 ; unsigned short Mei_ : 1 ; unsigned short Hen_ : 1 ; unsigned short _Zhe : 1 ; unsigned short _Le : 1 ; unsigned short _Guo : 1 ; char verb 9 ; v; 该结构的理论长度为1*2+1*9=11个字节，但为了对齐，垫补了一个字节，这时v的长度是12个字节。,2019/2/21,对位段中的数据引用的方法同样可以用成员运算符“.”和指向成员运算符“-”，如 v.Bu_ = 1 ; p-Hen_ = 0; 对位段进行赋值时需要注意其允许的最大值范围，如对结构 struct unsigned short a:2; unsigned short b:3; unsigned short c:4; int i; data; 写赋值语句 data.a=8 后，位段a 的值为多少？,2019/2/21,关于位段的说明,1、位段成员的类型必须指定为unsigned 或int 类型； 2、可定义长度为0的位段，使某一位段从另一个字开始存放，如下： struct unsigned short a: 1; unsigned short b: 2; unsigned short : 0; unsigned short c :3; data; data的长度是 几个字节？,2019/2/21,关于位段的说明,3、可定义无名位段，表明该几位空间不用： struct unsigned short a : 1; unsigned short : 1; / 无名位段，这两位空间不用 unsigned short b : 3; unsigned short c : 3; data;,2019/2/21,关于位段的说明,4、一个位段不能跨单元存储。如果第一个单元空间不能容纳下一个位段，则放弃该空间，而从下一个单元起存放该位段。 5、因为最小的存储单位是字节，所以不允许取位段的地址。 6、位段也只能在结构中定义，二进制位数组、返回二进制位的函数、二进制位的指针都是不允许的 7、位段可以用整型格式符输出。例如： printf(“%d,%d,%d”,data.a,data.b,data.c); 8、位段可以在数值表达式中引用，它会被系统自动地转换成整型数。,2019/2/21,总结：,如果特别看重程序的可移植性，还是应该尽量用位运算符来处理二进制位； 如果强调使用方便和源程序的可读性，位段也是一种不错的选择。,2019/2/21,思考与练习,105|78=？ 105|78=？ C语言标准输出函数只能将一个整数以10、8、16进制输出，没有2进制输出格式。要求编写程序，使键盘输入的正整数按二进制位输出。,
