C语言位操作

深入到字节的内部，讨论如何直接操作字节内部的二进制位

十进制转二进制

短除法&位权法

先读高位、后读低位。从下往上逆序读右侧的余数101010。这就是十进制数42所对应的二进制。

C语言位操作

将二进制转换为十进制，可以把二进制中的各位乘以其所在位的位权，再将所有乘法的积累加起来，即可得到转换后的十进制结果。

例如：

二进制101010，高位在左，低位在右

C语言位操作

十进制转二进制函数

#include<stdio.h>
void printBinary(unsigned char dec) {
  // 若dec为0，输出0并返回
  if (dec == 0)
  {
    printf("0\n"); return;
  }
  // 若dec非0，短除计算余数，逆序输出
  char bits[8];
  int count = 0;
  int quotient;
  int remainder;
  while (dec > 0)
  {
    remainder = dec % 2;
    quotient = dec / 2;
    dec = quotient;
    bits[count] = remainder;
    count++;
  }
  for (int i = count - 1; i >= 0; i--)
    printf("%d", bits[i]);
  putchar('\n');
}
int main() {
  printBinary(42);//以42为例
}

正确输出

对于unsigned char类型的变量dec来说，它拥有8个二进制位。而十进制数42，只占6个二进制位，还有两个二进制位为0。若需要把8个二进制位全部输出，可以将bits数组初始化为0。计算完余数后，从数组的最后一个元素开始，逆序输出直到数组第一个元素。此时，无需对dec为0做特殊处理了。由于数组bits初始化为0，dec为0时，不进入while循环，直接输出8个0。

#include<stdio.h>
void printBinary(unsigned char dec) {
  char bits[8] = {0};
  int count = 0;
  int quotient;
  int remainder;
  while (dec > 0)
  {
    remainder = dec % 2;
    quotient = dec / 2;
    dec = quotient;
    bits[count] = remainder;
    count++;
  }
  for (int i = 8 - 1; i >= 0; i--)
    printf("%d", bits[i]);
  putchar('\n');
}
int main() {
  printBinary(42);
}

补齐0

00101010

逻辑运算符

逻辑运算符会把运算对象的数值，看做真或假进行逻辑运算。若运算对象的数值为非0值，则看做真。若数值为0值，则看做假。
下面分别复习一下这3种逻辑运算符。

逻辑与&&

逻辑与&&运算符会对左右两边，两个运算对象进行运算。

若两个运算对象同时为真时，运算结果为真，用数值1表示。
否则，运算结果为假，用数值0表示。

12345 && 67890 左右有两个运算对象，分别为12345与67890。左边的运算对象12345为非0值，看做真。右边运算对象67890为非0值，看做真。两个运算对象同时为真，运算结果为真，即1。
若将其中一边变为0，表达式如下：
12345 && 0 左边的运算对象12345为非0值，看做真。右边运算对象0为0值，看做假。两个运算对象不同时为真，运算结果为假，即0。

逻辑或||

逻辑或||运算符会对左右两边，两个运算对象进行运算。

若两个运算对象同时为假时，运算结果为假，用数值0表示。
否则，运算结果为真，用数值1表示。

12345 || 0 左边的运算对象12345为非0值，看做真。右边运算对象0为0值，看做假。两个运算对象不同时为假，运算结果为真，即1。
0 && 0 左边的运算对象0为0值，看做假。右边运算对象0为0值，看做假。两个运算对象同时为假，运算结果为假，即0。

逻辑非!

逻辑与!运算符会对右边一个运算对象进行运算：

若运算对象为真，运算结果为假。
若运算对象为假，运算结果为真。

!12345 右边运算对象12345为非0值，看做真。运算结果为假，即0。
!0 右边运算对象0为0值，看做假。运算结果为真，即1。

位运算符

在上面的逻辑运算中，会把运算对象的数值根据非0值或0值，看做真或假，再进行逻辑运算。
还有另外一类运算符，它将深入运算对象的内部，把运算对象内部的二进制位，根据非0值或0值，看做真或假，再进行逻辑运算。

位逻辑运算符：

位逻辑与&
位逻辑或|
位逻辑异或^
位逻辑非~

将十进制170作为函数printBinary的参数，它将打印出十进制170的二进制10101010。
将十进制102作为函数printBinary的参数，它将打印出十进制102
的二进制01100110。
接下来，我们让这两个数值分别做各种位逻辑运算，看看它们都有什么现象。

位逻辑与&

printf("%hhu\n", 170 & 102);
printBinary(170 & 102);

位逻辑与&它将深入字节内部，对二进制位进行逻辑与运算。

若两个位同时为真，运算结果为真，用数值1表示。
否则，运算结果为假，用数值0表示。

前四位为例

C语言位操作

位逻辑或|

若两个位同时为假时，运算结果为假，用数值0表示。
否则，运算结果为真，用数值1表示。

C语言位操作

位逻辑异或^

若两个位不同时，运算结果为真，用数值1表示。
否则，运算结果为假，用数值0表示。

C语言位操作

位逻辑非~

位逻辑非~它将深入字节内部，对二进制位进行逻辑非运算。

若二进制位为真时，运算结果为假，用数值0表示。
二进制位为假时，运算结果为真，用数值1表示。

换句话说，位逻辑非运算会翻转运算对象的所有二进制位。二进制位1变为0，0变为1。

C语言位操作

左移右移

左移运算符`<<`

左移运算符将数据对象内部的二进制全部向左移动指定位，空出来的位置用0填充。

#include<stdio.h>
void printBinary(unsigned char dec) {
  char bits[8] = {0};
  int count = 0;
  int quotient;
  int remainder;
  while (dec > 0)
  {
    remainder = dec % 2;
    quotient = dec / 2;
    dec = quotient;
    bits[count] = remainder;
    count++;
  }
  for (int i = 8 - 1; i >= 0; i--)
    printf("%d", bits[i]);
  putchar('\n');
}
int main() {
  printBinary(231);
  printBinary(231 << 1);
  printBinary(231 << 2);
  printBinary(231 << 3);
}

输出结果

C语言位操作

右移运算符

右移运算符将数据对象内部的二进制全部向右移动指定位，对于无符号类型，空出来的位置用0填充。
对于有符号类型，空出来的位置用0或1填充取决于编译器。

#include<stdio.h>
void printBinary(unsigned char dec) {
  char bits[8] = {0};
  int count = 0;
  int quotient;
  int remainder;
  while (dec > 0)
  {
    remainder = dec % 2;
    quotient = dec / 2;
    dec = quotient;
    bits[count] = remainder;
    count++;
  }
  for (int i = 8 - 1; i >= 0; i--)
    printf("%d", bits[i]);
  putchar('\n');
}
int main() {
  printBinary(231);
  printBinary(231 >> 1);
  printBinary(231 >> 2);
  printBinary(231 >> 3);
}

输出结果

C语言位操作

十进制转二进制

短除法&位权法

十进制转二进制函数

逻辑运算符

逻辑与&&

逻辑或||

逻辑非!

位运算符

位逻辑运算符：

位逻辑与&

位逻辑或|

位逻辑异或^

位逻辑非~

左移右移

左移运算符​​<<​​

右移运算符

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左移运算符`<<`