第 15 章 位操作

第十四章 位操作

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1. 二进制数、位和字节

以数字10为基底表示的数字称为十进制数。

以数字2为基底表示的数字称为二进制数。

用二进制系统可以把任意整数表示为 0 和 1 的组合。

1.1 二进制整数

1字节包含8位。

C语言用字节（byte） 表示存储系统字符集所需的大小。

描述存储器芯片和数据传输率中所用的字节指的是 8位 字节。

1.2 有符号整数

如何表示有符号整数取决于硬件，而不是C语言。

二进制补码方法

二进制反码方法通过反码位组合中的每一位形成一个负数。

2. 其他进制数

2.1 八进制

八进制是指八进制记数系统。

将八进制数转换为二进制形式时，不能去掉中间的0。

2.2 十六进制

十六进制：十六进制记数系统。

每个十六进制都对应一个4位的二进制数（即4个二进制数）。

十六进制很适合表示字节值。

3. C按位运算符

C提供按位逻辑运算符 和 移位运算符。

3.1 按位逻辑运算符

• 二进制反码或按位取反：~

  一元运算符~把 1 变为0，把0变为1。

• 按位与：&

  二元运算符&通过逐位比较两个运算对象，生成一个新值。

  对于每个位，只有两个运算对象中相应的位都为1时，结果才为1（从真/假方面来看，只有当两个位都为真时，结果才为真）。

  掩码：按位与运算符常用于 掩码（mask）。一些设置为 开（1）或 关（0）的位组合。

  关闭位（清空位）：和打开特定的位类似，使用 & ，任何位与1组合都得本身（保持1号位不变，改变其他各位）。任何位与0组合都得0。

• 按位或：|

  二元运算符 | ，通过逐位比较两个运算对象，生成一个新值。

  对于每个位，如果两个运算对象中相应的位只有一个1（非两个为1），结果为1（从真/假考虑，有一个位为真且不是为同为1，那结果为真）。

  打开位（设置位）：使用按位或（|） 运算符，任何位与0组合，结果都为本身；任何位与1组合，结果都为1。

• 按位异或^

  二元运算符

  逐位比较两个运算对象。

  对于每个位，如果一个运算对象中相应的位一个为1（但不是两个都为1），结果为1（真假来看，如果两个运算对象中相应的一个位真且不是两个同为1，结果为真）。

  切换位：打开已关闭的位，或关闭已打开的位。可以使用按位异或运算符完成。

3.2 移位运算符

• 左移<<

  将其左侧运算对象每一位的值向左移动其右侧运算对象指定的位数。

  左侧运算对象移出左末端位的值丢失，用0填充空出的位置。

  (10001010)<<2 // 表达式
  (00101000) // 结果值
  

• 右移>>

  将其左侧运算对象每一位的值向右移动其右侧运算对象指定的位数。

  左侧运算对象移出，右末端的值丢。

  对于无符号类型，用0填充空出的位置。

  对于有符号类型，其结果取决于机器。空出的位置可用0填充，或者用符号位（即最左端的位）的副本填充。

  每个位向右移动两个位置，空出的位用0填充。

总结：

运算符	说明
number << n	number 乘以2的n次幂
number >> n	如果number为非负，则用number除以2的次幂

4. 位字段

位字段（bit field）：一个signed int 或 unsigned int 类型变量中一组相邻的位（C99和C11新增_Bool类型的位字段）

通过 结构声明来建立。此结构声明为每个字段提供标签，并确定字段的宽度。

通过普通的结构成员运算符（.）单独给字段赋值。

内含位字段的结构允许在一个存储单元中存储多个设置。

5. 对齐特性（C11）

对齐：如何安排对象在内存中的位置。

_Alignof 运算符 给出一个类型的对齐要求，在关键字 _Alignof后面的圆括号中写上类型名即可。

size_t d_align = _Alignof(float);

使用_Alignas说明符 指定一个变量或类型的对齐值。不应该要求该值小于基本对齐值。