位運算

定義
- 位運算的用途
位運算符
如何使用位運算符
- AND(&)運算符的用法
- OR(|)運算符的使用方法
- 如何使用XOR(^)運算符
- NOT(~)運算符的使用方法(位反轉)
移位運算
- 左移(<<)運算符
- 右移(>>)運算符
- 負值的移位運算
結束語

定義

位運算是以二進制數的0或1表示的位為機關計算的。

在FLG的确認中經常使用，也是了解PC的結構不可缺少的項目。

在C語言中，通過使用後面說明的位運算符，可以簡單地進行計算，是以要了解結構。

位運算的用途

PC以二進制數計算是一個簡單的計算公式，是以處理速度往往會非常快。

在處理數百萬到成千上萬像素的圖像時，通常會通過位運算來計算耗時的處理。

另外，由于記憶體使用量也有少的傾向，是以像微型計算機一樣使用記憶體少的硬體的情況下，也經常用位運算來計算。

位運算符

位運算符是用于計算位的運算符。

就像我們在計算的時候想到的加法的“+”之類的東西。

位運算符的類型

位運算符	說明
&	right-aligned AND。當兩者都為1時，将其設定為1，否則将其設定為0的運算符
\|	OR。隻有當兩者都為0時才為0。否則将其設定為1的運算符
^	XOR。當兩者都是不同的值時1。其他為0的運算符
~	NOT。0是1，1是将其反轉為0的運算符
>>	通過移位運算向右偏移。它類似于十進制數所說的位移動，移動所有位的位。運算方法根據考慮或不考慮符号而不同
<<	通過移位運算向左偏移

如何使用位運算符

在這裡，因為C語言的編譯器使用GCC，是以像“0b1010”一樣，在數值的開頭加上“0b”處理2進制數。

請注意，根據環境的不同，即使加上“0b”也不能作為二進制數來處理。

AND(&)運算符的用法

&運算符被标記為A&B，A和B都是1時為1，其他為0的運算符。

用程式看那個情況确認一下吧。

注意，我們通常使用printf函數來顯示執行結果，但是printf函數不能顯示二進制數。

是以，我們建立了一個二進制顯示函數，并顯示了計算結果。

#include <stdio.h>
 
// 二進制數表示的函數
void printBi(int num) {
    int len = 4;
    int bit[8];
    int x;
    
    for(int i = 0; i < len; i++) {
        x = 1 << i;
        x = num & x;
        bit[len - i - 1] = x >> i;
    }
    
    printf("0b");
    for(int i = 0; i < len; i++) {
        printf("%d", bit[i]);
    }
}
 
int main(void) {
    int num1, num2, result;
 
    num1 = 0b0101;
    num2 = 0b0011;
    result = num1 & num2;
    
    // 用二進制數和十進制數表示運算結果
    printf("二進制數:");
    printBi(result);
    printf("(十進制數:%d)n", result);
    
    return 0;
}

執行結果：

上述的程式，把num1和num2 AND運算的結果變量代入result。

通過比較num1和num2的相同位數的位，您可以從程式中确認隻有當兩者為1時才為1。

另外，簡單說明二進制數表示用的函數printBi。

我們正在使用變量x檢查哪個位數的值是1。

首先，在表達式“1<<i”中，數字按順序移位。

運算符“<<”稱為左移運算符，稍後将在位移運算中詳細說明。

接下來，如果要使用AND運算符“&”檢查的位數為1，則傳回1，否則傳回0。

使用右移運算符“>>”将傳回的值移位到第一位，并将結果存儲在數組位元素中。

然後，由于每個數字的值被存儲在數組位的每個元素中，是以它一個接一個地顯示。

OR(|)運算符的使用方法

|運算符被标記為A|B，它是一個運算符，如果A和B都是0，則傳回0，否則是1。用程式看那個情況确認一下吧。

#include <stdio.h>
 
// 二進制數表示的函數
void printBi(int num) {
    int len = 4;
    int bit[8];
    int x;
    
    for(int i = 0; i < len; i++) {
        x = 1 << i;
        x = num & x;
        bit[len - i - 1] = x >> i;
    }
    
    printf("0b");
    for(int i = 0; i < len; i++) {
        printf("%d", bit[i]);
    }
}
 
int main(void) {
    int num1, num2, result;
 
    num1 = 0b0101;
    num2 = 0b0011;
    result = num1 | num2;
    
    // 用二進制數和十進制數表示運算結果
    printf("二進制數:");
    printBi(result);
    printf("(十進制數:%d)n", result);
    
    return 0;
}

執行結果：

上述的程式，num1和num2 OR運算的結果變量result代入。

通過比較num1和num2的相同位數的位，您可以從程式中确認，如果兩者都為0，則為0，否則為1。

如何使用XOR(^)運算符

運算符标記為A^B，在A和B不同的情況下傳回1，A和B在相同的情況下傳回0。

用程式看那個情況确認一下吧。

#include <stdio.h>
 
// 二進制數表示的函數
void printBi(int num) {
    int len = 4;
    int bit[8];
    int x;
    
    for(int i = 0; i < len; i++) {
        x = 1 << i;
        x = num & x;
        bit[len - i - 1] = x >> i;
    }
    
    printf("0b");
    for(int i = 0; i < len; i++) {
        printf("%d", bit[i]);
    }
}
 
int main(void) {
    int num1, num2, result;
 
    num1 = 0b0101;
    num2 = 0b0011;
    result = num1 ^ num2;
    
    // 用二進制數和十進制數表示運算結果
    printf("二進制數:");
    printBi(result);
    printf("(十進制數:%d)n", result);
    
    return 0;
}

執行結果：

上述的程式，num1和num2 XOR運算，其結果變量result代入。

通過比較num1和num2的相同位數的位，您可以從程式中确認隻有當兩者不同時才為1。

NOT(~)運算符的使用方法(位反轉)

運算符是表示為~A，A為1時為0，A為0時為1的運算符。

這被稱為位反轉。

在位反轉的情況下，也需要考慮負值，是以我們使用char類型以8位簡單易懂的方式進行解釋。

int類型取決于16位或32位，因為計算結果會發生變化。

讓我們在實際程式中确認一下。

#include <stdio.h>
 
// 二進制數表示的函數
void printBi(char num) {
    int len = 8;
    int bit[8];
    int x;
    
    for(int i = 0; i < len; i++) {
        x = 1 << i;
        x = num & x;
        bit[len - i - 1] = x >> i;
    }
    
    printf("0b");
    for(int i = 0; i < len; i++) {
        printf("%d", bit[i]);
    }
}
 
int main(void) {
    int num;
    int result;
 
    // 将0反轉為1
    num = 0b00000000;
    result = ~num;
    
    // 用二進制數和十進制數表示運算結果
    printf("二進制數:");
    printBi(result);
    printf("(十進制數:%d)n", result);
    
 
    // 将1反轉為0
    num = 0b00001111;
    result = ~num;
    
    // 用二進制數和十進制數表示運算結果
    printf("二進制數:");
    printBi(result);
    printf("(十進制數:%d)n", result);
    
    return 0;
}

執行結果：

二進制數：0b11111111(十進制數：-1)
二進制數：0b11110000(十進制數：-16)

上述的程式，2進制數0和2進制數1111反轉表示。

可以确認，0是1，1是0，0是0。

順便說一下，在帶符号的二進制數中，最左筷子表示符号。

這叫做補數。0表示正數，1表示負數。

是以，如果在十進制數中以二進制數反轉正數，則在十進制數中為負值。負值的二進制數字是通過反轉所有位并添加1來建立的。

移位運算

作為應用的使用方法，解說移位運算的使用方法。

移位運算是位的位移動。

int型的話16bit還是32bit根據環境的不同而變化，是以使用char型簡單易懂地用8bit進行解說。

因為以二進制數為基準來考慮，是以向左移動的話值就會翻倍，向右移動的話值就會變成1/2。

另外，需要注意的是，如果移位操作中的數字溢出，則不會成為正确的值。

左移(<<)運算符

左移運算符(<<)标記為A<<1，是将以二進制數表示的A向左移動一位數的運算符。

左移時，左側溢出的位将被删除，右側将添加0。

讓我們在實際程式中檢查左移運算。

#include <stdio.h>
 
// 二進制數表示的函數
void printBi(char num) {
    int len = 8;
    int bit[8];
    int x;
    
    for(int i = 0; i < len; i++) {
        x = 1 << i;
        x = num & x;
        bit[len - i - 1] = x >> i;
    }
    
    printf("0b");
    for(int i = 0; i < len; i++) {
        printf("%d", bit[i]);
    }
}
 
int main(void) {
    char num, result;
    
    // 十進制數的14用二進制數表示
    num = 0b00001110;
    printf("%dn", num);
    
    // 将num向左移位1位
    result = num << 1;
    
    // 用二進制數和十進制數表示運算結果
    printf("二進制數:");
    printBi(result);
    printf("(十進制數:%d)n", result);
    
    return 0;
}

執行結果：

14
二進制數：0b00011100(十進制數：28)

上述的程式num 2進制“0000 1110”進入，num 1位左移的結果變量result代入表示。

如果将該二進制數向左移位一位數，則為“0001 1100”，因為向左偏移位數。在右端添加了0。

如果将其修改為十進制數，則是原始值“14”乘以兩倍的值“28”。

右移(>>)運算符

右移運算符(>>)标記為A>>1，是将以二進制數表示的A向右移動一位數的運算符。右移時，右側溢出的位将被删除，左側将添加0。

讓我們在實際程式中檢查右移運算。

#include <stdio.h>
 
// 二進制數表示的函數
void printBi(char num) {
    int len = 8;
    int bit[8];
    int x;
    
    for(int i = 0; i < len; i++) {
        x = 1 << i;
        x = num & x;
        bit[len - i - 1] = x >> i;
    }
    
    printf("0b");
    for(int i = 0; i < len; i++) {
        printf("%d", bit[i]);
    }
}
 
int main(void) {
    char num, result;
    
    // 十進制數的14用二進制數表示
    num = 0b00001110;
    printf("%dn", num);
    
    // 将num向右移位1位
    result = num >> 1;
    
    // 用二進制數和十進制數表示運算結果
    printf("二進制數:");
    printBi(result);
    printf("(十進制數:%d)n", result);
    
    return 0;
}

執行結果：

14
二進制數：0b00000111(十進制數：7)

上述的程式num 2進制“0000 1110”進入，num 1位右移的結果變量result代入表示。右移将數字移動到右邊。

将“0000 1110”向右移位一位數，是以為“0000 0111”。

右邊的數字将被删除，左邊的數字将被添加到0。

如果将其修改為十進制數，則将原始值“14”設定為1/2的值的“7”。

負值的移位運算

移位運算包括邏輯移位和算術移位。

邏輯移位簡單地移位所有的位。

在算術移位的情況下，移位最高有效位以外的位，以便符号不變。

請注意，在負數移位運算中，隻有在右移的情況下，移位的部分左側才會添加1。

讓我們來看看實際的程式。

#include <stdio.h>
 
// 二進制數表示的函數
void printBi(char num) {
    int len = 8;
    int bit[8];
    int x;
    
    for(int i = 0; i < len; i++) {
        x = 1 << i;
        x = num & x;
        bit[len - i - 1] = x >> i;
    }
    
    printf("0b");
    for(int i = 0; i < len; i++) {
        printf("%d", bit[i]);
    }
}
 
int main(void) {
    char num, result;
    // 負值-14右移時
    num = 0b11110010;
    printf("%dn", num);
 
    result = num >> 1;
    
    // 用二進制數和十進制數表示運算結果
    printf("二進制數:");
    printBi(result);
    printf("(十進制數:%d)n", result);
    
    return 0;
}

執行結果：

-14
二進制數：0b11111001(十進制數：-7)

在上述程式中，變量num包含“1111 0010”。

在負值的情況下，左端是表示符号的位，是以即使向右移動符号也不會改變，左端進入1。是以，成為“1111 1001”。

如果将其修改為十進制數，則将原始值“-14”設定為1/2的值的“-7”。

結束語

位運算包括AND運算符、OR運算符、XOR運算符、NOT運算符、右移運算符和左移運算符。

C語言情報之位運算定義位運算符如何使用位運算符移位運算結束語

位運算

定義

位運算的用途

位運算符

如何使用位運算符

AND(&)運算符的用法

OR(|)運算符的使用方法

如何使用XOR(^)運算符

NOT(~)運算符的使用方法(位反轉)

移位運算

左移(<<)運算符

右移(>>)運算符

負值的移位運算

結束語

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