C語言位運算

西北野狼發表於2024-08-28
C語言

在 C 語言中，位運算是對二進位制位進行的操作。以下是關於 C 語言位運算的介紹：

一、常見的位運算子

  1. 按位與（&）：

    • 規則：兩個對應的二進位制位都為 1 時，結果位為 1，否則為 0。
    • 例如：5（二進位制為 0101）與 3（二進位制為 0011）進行按位與運算，結果為 0001，即 1。

  2. 按位或（|）：

    • 規則：兩個對應的二進位制位只要有一個為 1 時，結果位為 1，否則為 0。
    • 例如：5（二進位制為 0101）與 3（二進位制為 0011）進行按位或運算，結果為 0111，即 7。

  3. 按位異或（^）：

    • 規則：兩個對應的二進位制位不同時，結果位為 1，相同時為 0。
    • 例如：5（二進位制為 0101）與 3（二進位制為 0011）進行按位異或運算，結果為 0110，即 6。

  4. 取反（~）：

    • 規則：將二進位制位的每一位取反，即 0 變為 1，1 變為 0。
    • 例如：~5（二進位制為 0101），結果為 1010，即按位取反後為 -6（在有符號整數中，最高位為 1 表示負數）。

  5. 左移（<<）：

    • 規則：將一個數的二進位制表示向左移動指定的位數，右邊用 0 填充。
    • 例如：5（二進位制為 0101）左移 2 位，結果為 20（二進位制為 10100）。

  6. 右移（>>）：

    • 規則：對於有符號數，將一個數的二進位制表示向右移動指定的位數，左邊用符號位填充；對於無符號數，左邊用 0 填充。
    • 例如：5（二進位制為 0101）右移 2 位，結果為 1（二進位制為 0001）。

二、位運算的應用場景

  1. 高效的標誌位處理：

    • 可以用一個整數的不同位來表示不同的標誌狀態。例如，可以用一個位元組來表示 8 個不同的開關狀態，透過位運算來設定、清除和檢查這些標誌位。
    • 程式碼示例：
      unsigned char flags = 0;
// 設定第 3 個標誌位
flags |= (1 << 2);
// 檢查第 3 個標誌位是否設定
if (flags & (1 << 2)) {
    printf("Third flag is set.\n");
}
// 清除第 3 個標誌位
flags &= ~(1 << 2);

  2. 資料的壓縮和編碼：

    • 在某些情況下，可以透過位運算來壓縮資料，減少儲存空間的佔用。例如，可以將多個小的整數打包到一個較大的整數中。
    • 程式碼示例：
      unsigned int packTwoNumbers(unsigned char num1, unsigned char num2) {
    return (num1 << 8) | num2;
}

  3. 位掩碼操作：

    • 可以使用位掩碼來選擇或遮蔽特定的位。例如，要獲取一個整數的低 4 位，可以使用位掩碼 0x0F。
    • 程式碼示例：
      unsigned int num = 0xABCD;
unsigned char lowFourBits = num & 0x0F;

  4. 快速計算乘除 2 的冪次方：

    • 左移一位相當於乘以 2，右移一位相當於除以 2。
    • 程式碼示例：
      int num = 5;
int doubled = num << 1; // 10
int halved = num >> 1; // 2

總之，位運算在 C 語言中是一種強大的工具，可以用於最佳化程式碼、處理特定的資料格式和實現一些特定的演算法。但在使用位運算時，需要小心處理邊界情況和確保程式碼的可讀性。

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