C语言程序设计（第二版） 教学课件 ppt 作者 978-7-302-32355-6 kj-第11章位运算
第1页,第11章 位运算,本章概述 本章的学习目标 主要内容,第2页,本章概述,C语言有一个重要特点就是可以直接对二进制位进行操作，即位运算。 二进制位简称位（bit），其值为0或1。计算机真正执行的正是由0和1构成的机器指令，计算机内数据也是由二进制表示的。 数在计算机内均是以补码的形式存储的 。 本章介绍位运算和位段结构的有关知识。,第3页,本章的学习目标,本章教学目的：理解位运算的概念，掌握基本位运算运算符的使用，理解位段的概念。 本章教学重点：基本位运算运算符的使用 本章教学难点：位段的概念,第4页,主要内容,11.1 位运算符 11.2 位运算 11.3 位运算应用举例 11.4 位段结构,第5页,11.1 位运算符,第6页,11.2 位运算,取反运算“”是一个单目运算符，运算量在运算符之后，取反运算的功能是将一个数据中所有位都取其相反值，即1变0，0变1。 运算规则为： 1=0 0=1,例11.1 对于无符号的字符型数据 a=（18）10 =（00010010）2 ， 则a等于(11101101)2 ，即（237）10 。 C程序如下：,11.2.1 按位取反运算,第7页,# include int main() unsigned char a=18,b; b=a; printf(“a=%d”,b); return 0; 运行结果为： a= 237,注意以下程序与左面程序及运行结果的区别： # include int main() char a=18,b; b=a; printf(“a=%d”,b); return 0; 运行结果：-19,前一个程序结果很好理解，后一个因为a是带符号数据，因此a=(11101101)2的结果是一负数的补码，转换为原码时，第1位符号位不变，对剩余的部分先减1，再全部取反，因此得到的二进制原码为：10010011，即十进制的-19。,第8页,11.2 位运算,11.2.2 左移运算,左移运算“”是一个双目运算符，左移运算的功能是将一个数据所有位向左移若干位，左边（高位）移出的部分舍去，右边（低位）自动补零。,例11.2 对于无符号字符型数据 a=（18）10 =（00010010）2 ， a 3的结果是(10010000)2 ，即（144）10 。 C程序如下：,第9页,# include int main() unsigned char a=18, b; b=a3; printf(“a3=%d”,b); 运行结果为： a3=144,注意以下程序与左面程序的区别： # include int main() char a=18,b; b=a3; printf(“a3=%d”,b); return 0; 运行结果为： a3=-112,原因同前，对于带符号数a，因a3得到的(10010000)2, 是一负数的补码，转换为原码时，第1位符号位不变，对剩余的部分先减1，再全部取反，因此得到的二进制原码为：11110000，即十进制的-112。 对于无符号数来说，在左移的过程中如果没有高位的丢失，左移1位相当于乘2，左移2位相当于乘4。 左移运算速度较快，因此有些C编译系统自动将乘2的操作用左移1位来实现，将2n幂运算用左移n位来实现。,第10页,11.2 位运算,11.2.3 右移运算,右移运算“”是一个双目运算符，右移运算的功能是将一个数据所有位向右移若干位，右边（低位）移出的部分舍去，左边（高位）移入的二进制数分两种情况：对于无符号数和正整数，高位补0；对于负整数，高位补1（适用于turboc系统）。,例11.3 对于无符号字符型数据 a=（18）10 =（00010010）2 ， 则 a 3的结果是(00000010)2，即（2）10 。,第11页,C程序如下： # include int main() unsigned char a=18, b; b=a3; printf(“a3=%d”,b); return 0; 运行结果为： a3=2,第12页,11.2 位运算,11.2.4 按位与运算,按位“与”运算符要求有两个运算量，其功能是将两个运算量的各个相应位分别进行“与”运算。 运算规则为: 1&1=1 0&1=0 1&0=0 0&0=0,例11.4 对于无符号数a=(173)10=(10101101)2， b=(203)10=(11001011)2， 则a&b = (10001001)2 =(137)10,10101101 & 11001011 10001001,第13页,例11.5 对于有符号数a=(-83)10=(10101101)2 ， b=(-53)10=(11001011)2 ， 则a&b = (10001001)2 =(-119)10 。 以上二进制形式是负数的补码。C程序如右上所示。,C程序如下： # include int main() unsigned char a=173,b=203,c; c=a 运行结果为： a&b=137,10101101 & 11001011 10001001,C程序： # include int main() char a=-83,b=-53,c; c=a 运行结果为： a&b=-119,第14页,11.2 位运算,11.2.5 按位或运算,按位“或”运算符要求有两个运算量，其功能是将两个运算量的各个相应位分别进行“或”运算。 运算规则为: 1|1=1 0|1=1 1|0=1 0|0=0,例11.6 对于无符号数a=(173)10=(10101101)2，b=(203)10=(11001011)2，则a|b = (11101111)2 =(239)10 。,10101101 | 11001011 11101111,第15页,例11.7 对于有符号数 a=(-83)10=(10101101)2， b=(-53)10=(11001011)2， 则a|b = (11101111)2 =(-17)10 。,C程序如下： # include int main() unsigned char a=173,b=203,c; c=a|b; printf(“a|b=%d”,c); return 0; 运行结果： a|b=239,10101101 | 11001011 11101111,第16页,C程序如下： # include int main() char a=-83,b=-53,c; c=a|b; printf(“a|b=%d”,c); return 0; 运行结果为： a|b= -17,第17页,11.2 位运算,11.2.6 按位异或运算,按位“异或”运算符要求有两个运算量，其功能是将两个运算量的各个相应位分别进行“异或”运算。 运算规则为: 11=0 01=1 10=1 00=0 。,例11.8 对于无符号数 a=(173)10=(10101101)2， b=(203)10=(11001011)2， 则ab = (01101110)2 =(102)10 。,10101101 11001011 01100110,C程序如下： # include int main() unsigned char a=173,b=203,c; c=ab; printf(“ab=%d”,c); return 0; 运行结果： ab=102,第18页,11.3 位运算应用举例,例11.9 对内存中的二进制数“01010100”进行下列操作： 1. 用“按位与”实现: （1）把存储此二进制数的内存单元清零； （2）把此二进制数的2到4位取出（从0位开始）； （3）把此二进制数的2、3、5位留下。 2. 用“按位或”运算把此二进制数后四位置1 (写出实现方法) 。,第19页,(3)要把二进制数2、3、5位留下， 与00101100进行按位与即可， 其运算过程为： 01010100 & 00101100 00000100 2.把此二进制数后四位置1， 与00001111进行按位或即可， 其运算过程为： 01010100 | 00001111 01011111,1.用按位与实现： (1) 要把存储此二进制数的内存 单元清零，与0按位与即可， 其运算过程为： 01010100 & 00000000 00000000 (2)要取出二进制数2到4位， 与00011100进行按位与即可， 其运算过程为： 01010100 & 00011100 00010100,第20页,例11.10 编程将一个十六进制整型数转换为二进制数。 设该整型数占16位。,将十六进制数转换为二进制数的方法很多，这里我们利用位运算来进行处理，思路：对一个十六进制整型数n的二进制（16位）形式从最高位到最低位的每一位进行测试，依次求出其值即可。 具体方法：设置一个屏蔽字mask（二进制为1000 0000 0000 0000。其相应的十六进制形式为0x8000），将mask与n进行“与”运算得出的值如为0则最高位为0，否则最高位为1；再将mask右移一位后，与n进行“与”运算得出次高位，依此类推，求出每一位的值。,第21页,# include int main() unsigned int i,n,b,mask; mask=0x8000; printf(“Input a hex number to convert:“); scanf(“%x“, ,运行情况： Input a hex number to convert: f f Binary of f f is: 00000000-11111111 Input a hex number to convert: 127 Binary of 127 is:00000001-00100111,第22页,例11.11 循环移位。 所谓循环移位是指：在移位时不丢失移位前原数据的所有位，将其作为另一端的补入位。 如：将11110001循环右移1位，应为11111000。 11110001循环右移3位，应为00111110。,第23页,实现将无符号数a循环右移n位的方法: (1) 将a左移16-n位存入b中； (2) 将a右移n位存入c中； (3) 将b与c按位进行“或运算”，则结果便为所需结果。,第24页,# include int main() unsigned int n,a,b,c,d; printf(“Input a Hex number:“); scanf(“%x“, ,运行情况： Input a Hex number:f2d3 Input the number of bit to move:3 The result of move:7e5a,第25页,11.4 位段结构,1. 位段结构的概念,位段结构是一种结构体类型，只不过是在结构体中含有以位为单位定义存储长度的成员。采用这种结构可以节省存储空间、方便某些特定的操作。,2 . 位段结构的定义,struct bytedata unsigned a : 2 ; /*占2位*/ unsigned b : 1 ; /*占1位*/ unsigned C: 3 ; /*占3位*/ unsigned d : 2 ; /*占2位*/ ,位段结构中位段的定义： unsigned ：,例如,第26页,其存储结构如下图：,struct bytedata unsigned a : 2 ; /*占2位*/ unsigned b : 1 ; /*占1位*/ unsigned : 3 ; /*占3位，无字段名，不能引用*/ unsigned d : 2 ; /*占2位*/ ,如果需要可以跳过某些不用的位，只要将这些位段不指定位段名就无法引用。例如：,第27页,如果某一位段为位数为0的无名位段，则表示其
