C语言和其他高级语言不同的是它完全支持按位运算符。这与汇编语言的位操作有些相似。表2-4列举了一些位运算符。
表2-4 C语言中的位运算符
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运 算 符 |
含 义 |
优 先 级 |
运 算 符 |
含 义 |
优 先 级 |
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~ |
按位求反 |
5（高） |
& |
按位与 |
3 |
|
<< |
左移 |
4 |
^ |
按位异或 |
2 |
|
>> |
右移 |
4 |
| |
按位或 |
1（低） |
以上位运算符中除“~”以外，均为二目运算符，即要求两侧各有一个运算对象。
“~”是一个单目运算符，用来对一个二进制数按位求反，即将0变1，1变0。例如，~025是对八进制数25（即二进制数00010101）按位求反。
~ 0000000000010101
-----------------------------
1111111111101010
即八进制数177752。因此，~025的值为八进制数177752，并非-025。
“左移”运算符是双目运算符，用来将一个数的各二进位全部左移若干位。运算符左边是移位对象，右边是整型表达式，代表左移的位数。左移时，右端（低位）补0，左端（高位）移出的部分舍弃。例如：
int a=025;
a=a<<2;
将a的二进制数左移2位，右补0。
<<20000000000010101
-----------------------------
0000000001010100
即八进制数54。因此，025<<2的值为八进制数54。
“右移”运算符的使用方法与左移运算符一样，所不同的是移位方向相反。右移时，右端（低位）移出的二进制数舍弃，左端（高位）移入的二进制数分两种情况：对于无符号整数和正整数，高位补0；对于负整数，高位补1。
例如：
int a=025;
a=a>>2;
将a的二进制数右移2位，由于a为正整数，左补0。
>>20000000000010101
-----------------------------
0000000000000101
即八进制数5。因此，025>>2的值为八进制数5。
“按位与”运算的规则是：参加运算的两个数据，按二进位进行“与”运算，如果两个相应的二进位都为1，则该位的结果值为1，否则为0。即：
0&0=0；0&l=0；1&0=0；1&1=1；
例如：表达式12&10的运算如下。
120000000000001100
& 10 0000000000001010
------------------------------------
80000000000001000
即十进制数8。分析以上运算结果可知，按位与运算具有以下特征：任何位上的二进制数，只要和0进行与运算，该位即被屏蔽（清零）；和1进行与运算，该位保留原值不变。利用这一特征可以实现如下功能。
（1）清零。如果想将一个单元清零，也就是使其全部二进位为0，只需与0进行按位与运算，即可达到清零目的。
（2）取一个数中某些指定位。如有一个整数a（2个字节），想要其中的低字节，只需将a与八进制数377（0000000011111111）按位与即可。如果想取2个字节中的高字节，只需将a与八进制数177400（1111111100000000）按位与即可。
（3）要想将哪一位保留下来，就与一个数进行&运算，此数在该位取1，例如有一个数01010100（十进制数84），想把其中左面第3、4、5、7、8位保留下来，设计一个数，其左面第3、4、5、7、8位为1，其他位为0，即为十进制数59，将这两个数进行按位与运算即可。
“按位异或”的运算规则是：参与运算的两个运算数中相对应的二进制位上同号，则结果为0，异号则为1。即：
0&0=0；0&1=1；1&0=1；1&1=0；
例如，12^10：
120000000000001100
^ 10 0000000000001010
------------------------------------
60000000000000110
即十进制数6。按位异或运算有如下应用。
（1）使特定位翻转。假设有01111010，想使其低4位翻转，即1变为0，0变为1。可以将它与00001111进行按位异或运算，结果为01110101，结果值的低4位正好是原数低4位的翻转。要使哪几位翻转就将与其进行按位异或运算的该几位置为1即可。这是因为原数中值为1的位与1进行按位异或运算得0，原数中的位值0与1进行按位异或运算的结果得1。
（2）与0按位异或，保留原值。
（3）交换两个值，不用临时变量。假设要想交换a、b之值，可以用以下赋值语句实现：
a=a^b;
b=b^a;
a=a^b;
因为a=a^b，（假设a和b最初的值加上下划线）则：
b=b^a=b^(a^b)=a^b^b=a^0=a
a=a^b=(a^b)^a=a^a^b=0^b=b
“按位或”运算的规则是：参加运算的两个数据，按二进位进行“或”运算，如果两个相应的二进位都为0，则该位的结果值为0，否则为1。即：
0|0=0；0|l=1；1|0=1；1|1=1；
例如：表达式12|10的运算如下：
120000000000001100
| 10 0000000000001010
------------------------------------
140000000000001110
即十进制数14。分析以上运算结果可知，按位或运算具有以下特征：任何位上的二进制数，只要和1进行或运算，该位即为1；和0进行或运算，该位保留原值不变。例如，a是一个整数（16位），a=a|0377，使a的低8位全置为1，高8位保留原样。
位运算符与赋值运算符可以组成复合赋值运算符，这样的复合赋值运算符如表2-5所列。
表2-5 复合赋值运算符
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复合赋值运算符 |
表 达 式 |
等价的表达式 |
复合赋值运算符 |
表 达 式 |
等价的表达式 |
|
<<= |
a<<=n |
a=a<<n |
^= |
a^=b |
a=a^b |
|
>>= |
a>>=n |
a=a>>n |
|= |
a|=b |
a=a|b |
|
&= |
a&=b |
a=a&b |
|
|
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位运算的运算数可以是整型和字符型数据。如果两个运算数类型不同时位数亦会不同。遇到这种情况，系统将自动进行如下处理：
（1）先将两个运算数右端对齐。
（2）再将位数短的一个运算数往高位扩充，即无符号数和正整数左侧用0补全；负数左侧用1补全；然后对位数相等的这两个运算数，按位进行位运算。
【程序2-5】编写一个程序，实现无符号16位数的循环左移n位。
采用unsigned short类型存放无符号16位数。C语言中只有左、右移位，而没有循环移位功能。左移和循环左移的区别在于对从左边（高端）移出的n位数的处理上。左移时，移出的n位数被丢弃，循环左移时，移出的n位数应依次放在右边（低端）的n位上。为将无符号16位数d达到循环左移的目的，实现过程如下：
（1）先将d高端的n位数通过“右移”操作移至低端的n位上（高端全为0），把结果存入中间变量a中。
（2）再通过“左移”运算将d左移n位（低端移入的全为0），把结果存入另一中间变量b中。
（3）最后利用按位或运算将这两个中间变量中的内容“拼装”在一起，完全循环左移功能。
将循环左移功能设计成leftmove()函数，对应的程序如下：
/* 文件名：chap02_5.cpp */
#include <stdio.h>
void leftmove(unsigned short *d,int n)
{
unsigned short a,b;
a=*d>>(16-n);
b=(*d)<<n;
*d=a|b;
}
void main()
{
unsigned short d;
d=0x6271;
leftmove(&d,4);
printf("%x\n",d);
}
程序运行结果：
2716