C语言位操作&单片机位操作
（一）C语言位操作：
在计算机程序中，数据的位是可以操作的最小数据单位，理论上可以用“位运算”来完成所有的运算和操作。一般的位操作是用来控制硬件的，或者做数据变换使用，但是，灵活的位操作可以有效地提高程序运行的效率。C语言提供了位运算的功能， 这使得C语言也能像汇编语言一样用来编写系统程序。
位运算符C语言提供了六种位运算符：
& 按位与
| 按位或
^ 按位异或
~ 取反
<< 左移
>> 右移
1. 按位与运算 按位与运算符"&"是双目运算符。其功能是参与运算的两数各对应的二进位相与。只有对应的两个二进位均为1时，结果位才为1 ，否则为0。参与运算的数以补码方式出现。
例如：9&5可写算式如下： 00001001 (9的二进制补码)&00000101 (5的二进制补码) 00000001 (1的二进制补码)可见9&5=1。
按位与运算通常用来对某些位清0或保留某些位。例如把a 的高八位清 0 ， 保留低八位， 可作 a&255 运算 ( 255 的二进制数为0000000011111111)。
应用：
a. 清零特定位 (mask中特定位置0，其它位为1，s=s&mask)
b. 取某数中指定位 (mask中特定位置1，其它位为0，s=s&mask)
2. 按位或运算 按位或运算符“|”是双目运算符。其功能是参与运算的两数各对应的二进位相或。只要对应的二个二进位有一个为1时，结果位就为1。参与运算的两个数均以补码出现。
例如：9|5可写算式如下：
00001001|00000101
00001101 (十进制为13)可见9|5=13
应用：
常用来将源操作数某些位置1，其它位不变。 (mask中特定位置1，其它位为0 s=s|mask)
3. 按位异或运算 按位异或运算符“^”是双目运算符。其功能是参与运算的两数各对应的二进位相异或，当两对应的二进位相异时，结果为1。参与运算数仍以补码出现，例如9^5可写成算式如下：
00001001^00000101 00001100 (十进制为12)
应用：
a. 使特定位的值取反 (mask中特定位置1，其它位为0 s=s^mask)
b. 不引入第三变量，交换两个变量的值 (设 a=a1,b=b1)
目 标 操 作 操作后状态
a=a1^b1 a=a^b a=a1^b1,b=b1
b=a1^b1^b1 b=a^b a=a1^b1,b=a1
a=b1^a1^a1 a=a^b a=b1,b=a1
4. 求反运算 求反运算符～为单目运算符，具有右结合性。 其功能是对参与运算的数的各二进位按位求反。例如～9的运算为： ~(0000000000001001)结果为：1111111111110110
5. 左移运算 左移运算符“<<”是双目运算符。其功能把“<< ”左边的运算数的各二进位全部左移若干位，由“<<”右边的数指定移动的位数， 高位丢弃，低位补0。 其值相当于乘2。例如： a<<4 指把a的各二进位向左移动4位。如a=00000011(十进制3)，左移4位后为00110000(十进制48)。
6. 右移运算 右移运算符“>>”是双目运算符。其功能是把“>> ”左边的运算数的各二进位全部右移若干位，“>>”右边的数指定移动的位数。其值相当于除2。
例如：设 a=15，a>>2 表示把000001111右移为00000011(十进制3)。对于左边移出的空位，如果是正数则空位补0，若为负数，可能补0或补1，这取决于所用的计算机系统。移入0的叫逻辑右移，移入1的叫算术右移，Turbo C采用逻辑右移。
main(){
unsigned a,b;
printf("input a number: ");
scanf("%d",&a);
b=a>>5;
b=b&15;
printf("a=%d b=%d ",a,b);
}
再看一例:
main(){
char a='a',b='b';
int p,c,d;
p=a;
p=(p<<8)|b;
d=p&0xff;
c=(p&0xff00)>>8;
printf("a=%d b=%d c=%d d=%d ",a,b,c,d);
}
浮点数的存储格式：
浮点数的存储格式是符号+阶码(定点整数)+尾数(定点小数)
SEEEEEEEEMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM
即1位符号位(0为正，1为负），8位指数位，23位尾数位
浮点数存储前先转化成2的k次方形式，即：
f = A1*2^k + A2*2^(k-1) + ... + Ak +... +An*2^(-m) (Ai = {0, 1}, A1 = 1)
如5.5=2^2 + 2^0 + 2^(-1)
其中的k就是指数，加127后组成8位指数位
5.5的指数位就是2+127 = 129 = 10000001
A2A3.....An就是尾数位，不足23位后补0
所以5.5 = 01000000101000000000000000000000 = 40A00000
所以，对浮点数*2、/2只要对8位符号位+、- 即可，但不是左移、右移
关于unsigned int 和 int 的在位运算上的不同，下面有个CU上的例子描述的很清楚：
[问题]：这个函数有什么问题吗？
/////////////////////////////////////////////////
/**
* 本函数将两个16比特位的值连结成为一个32比特位的值。
* 参数：sHighBits 高16位
* sLowBits 低16位
* 返回：32位值
**/
long CatenateBits16(short sHighBits, short sLowBits)
{
long lResult = 0; /* 32位值的临时变量*/
/* 将第一个16位值放入32位值的高16位 */
lResult = sHighBits;
lResult <<= 16;
/* 清除32位值的低16位 */
lResult &= 0xFFFF0000;
/* 将第二个16位值放入32位值的低16位 */
lResult |= (long)sLowBits;
return lResult;
}
/////////////////////////////////////////////////
[问题的发现]：
我们先看如下测试代码：
/////////////////////////////////////////////////
int main()
{
short sHighBits1 = 0x7fff;
short sHighBits2 = 0x8f12;
unsigned short usHighBits3 = 0xff12;
short sLowBits1 = 0x7bcd;
long lResult = 0;
printf("[sHighBits1 + sLowBits1] ";
lResult = CatenateBits16(sHighBits1, sLowBits1);
printf("lResult = %08x ", lResult, lResult);
lResult = CatenateBits16(sHighBits2, sLowBits1);
printf("lResult = %08x ", lResult, lResult);
lResult = CatenateBits16(usHighBits3, sLowBits1);
printf("lResult = %08x ", lResult, lResult);
}
/////////////////////////////////////////////////
运行结果为：
[sHighBits1 + sLowBits1]
lResult = 7fff7bcd
lResult = 8f127bcd
lResult = ff127bcd
嗯，运行很正确嘛……于是我们就放心的在自己的程序中使用起这个函数来了。
可是忽然有一天，我们的一个程序无论如何结果都不对！经过n个小时的检查和调试，最后终于追踪到……CatenateBits16() ！？它的返回值居然是错的！！
“郁闷！”你说，“这个函数怎么会有问题呢！？”
可是，更郁闷的还在后头呢，因为你把程序中的输入量作为参数，在一个简单的main()里面单步调试：
/////////////////////////////////////////////////
int main()
{
short sHighBits1 = 0x7FFF;
short sHighBits2 = 0x8F12;
unsigned short usHighBits3 = 0x8F12;
short sLowBits1 = 0x7BCD; //你实际使用的参数
short sLowBits2 = 0x8BCD; //你实际使用的参数
long lResult = 0;
printf("[sHighBits1 + sLowBits1] ";
lResult = CatenateBits16(sHighBits1, sLowBits1);
printf("lResult = %08x ", lResult, lResult);
lResult = CatenateBits16(sHighBits2, sLowBits1);
printf("lResult = %08x ", lResult, lResult);
lResult = CatenateBits16(usHighBits3, sLowBits1);
printf("lResult = %08x ", lResult, lResult);
printf(" [sHighBits1 + sLowBits2] ";
lResult = CatenateBits16(sHighBits1, sLowBits2);
printf("lResult = %08x ", lResult, lResult);
lResult = CatenateBits16(sHighBits2, sLowBits2);
printf("lResult = %08x ", lResult, lResult);
lResult = CatenateBits16(usHighBits3, sLowBits2);
printf("lResult = %08x ", lResult, lResult);
return 0;
}
/////////////////////////////////////////////////
发现结果竟然是：
[sHighBits1 + sLowBits1]
lResult = 7fff7bcd
lResult = 8f127bcd
lResult = 8f127bcd
[sHighBits1 + sLowBits2]
lResult = ffff8bcd //oops!
lResult = ffff8bcd //oops!
lResult = ffff8bcd //oops!
前一次还好好的，后一次就ffff了？X档案？
[X档案的真相]：
注意那两个我们用来当作低16位值的sLowBits1和sLowBits2。
已知：
使用 sLowBits1 = 0x7bcd 时，函数返回正确的值；
使用 sLowBits2 = 0x8bcd 时，函数中发生X档案。
那么，sLowBits1与sLowBits2有什么区别？
注意了，sLowBits1和sLowBits2都是short型（而不是unsigned short），所以在这里，sLowBits1代表一个正数值，而sLowBits2却代表了一个负数值（因为8即是二进制1000，sLowBits2最高位是1）。
再看CatenateBits16()函数：
/////////////////////////////////////////////////
long CatenateBits16(short sHighBits, short sLowBits)
{
long lResult = 0; /* 32位值的临时变量*/
/* 将第一个16位值放入32位值的高16位 */
lResult = sHighBits;
lResult <<= 16;
/* 清除32位值的低16位 */
lResult &= 0xFFFF0000;
/* 将第二个16位值放入32位值的低16位 */
lResult |= (long)sLowBits; //注意这一句！！！！
return lResult;
}
/////////////////////////////////////////////////
如果我们在函数中用
printf("sLowBits = %04x ", sLowBits);
打印传入的sLowBits值，会发现
sLowBits = 0x7bcd 时，打印结果为
sLowBits = 7bcd
而sLowBits = 0x8bcd时，打印结果为
sLowBits = ffff8bcd
是的，即使用%04x也打印出8位十六进制。
因此，我们看出来了：
当sLowBits = 0x8bcd时，函数中 "lResult |= (long)sLowBits;" 这一句执行，会先将sLowBits转换为
0xffff8bcd
再与lResult做或运算。由于现在lResult的值为 0xXXXX0000 （其中XXXX是任何值），所以显然，无论sHighBits是什么值，最后结果都会是
0xffff8bcd
而当sLowBits = 0x7bcd时，函数中 "lResult |= (long)sLowBits;" 这一句执行，会先将sLowBits转换为
0x00007bcd
再与lResult做或运算。这样做或运算出来的结果当然就是对的。
也就是说，CatenateBits16()在sLowBits的最高位为0的时候表现正常，而在最高位为1的时候出现偏差。
[教训：在某些情况下作位运算和位处理的时候，考虑使用无符号数值——因为这个时候往往不需要处理符号。即使你需要的有符号的数值，那么也应该考虑自行在调用CatenateBits16()前后做转换——毕竟在位处理中，有符号数值相当诡异！]
下面这个CatenateBits16()版本应该会好一些：
/////////////////////////////////////////////////
unsigned long CatenateBits16(unsigned short sHighBits, unsigned short sLowBits)
{
long lResult = 0;
/* 将第一个16位值放入32位值的高16位 */
lResult = sHighBits;
lResult <<= 16;
/* 清除32位值的低16位 */
lResult &= 0xFFFF0000;
/* 将第二个16位值放入32位值的低16位 */
lResult |= (long)sLowBits & 0x0000FFFF;
return lResult;
}
/////////////////////////////////////////////////
注意其中的 "lResult |= (long)sLowBits & 0x0000FFFF;"。事实上，现在即使我们把CatenateBits16()函数的参数（特别是sLowBits）声明为short，结果也会是对的。
c语言位操作的一些注意事项
1. 位操作尽量使用unsigned char，而不是char，否则会使你混乱
如果你使用char，那么一个普通的字符，0xe3,因为首位是1，所以当他被转换为16位长时，成了0xffffffe3，而不是我们想要的0x000000e3，因为他是一个有符号的负数。
举例如下：
#include
#include
int main()
{
// char buf[10] = {0};
unsigned char buf[10] = {0};
char sbuf[10] = {0};
buf[0] = 0xe3;
buf[1] = 0xb4;
sbuf[0] = 0xe3;
sbuf[1] = 0xb4;
unsigned short pid1, pid2, pid3;
/*bit operations with unsigned chars*/
printf("bit operations with unsigned chars:\n");
pid1= (buf[0]&0x1f);
pid2= ((buf[0]&0x1f)<<8);
pid3= ((buf[0]&0x1f)<<8)|buf[1];
printf( "pid1 = %x\n", pid1 );
printf( "pid2 = %2x\n", pid2 );
printf( "pid3 = %2x\n", pid3 );
/*bit operations with signed chars*/
printf("bit operations with signed chars:\n");
pid1= (sbuf[0]&0x1f);
pid2= ((sbuf[0]&0x1f)<<8);
pid3= ((sbuf[0]&0x1f)<<8)|sbuf[1];
printf( "pid1 = %x\n", pid1 );
printf( "pid2 = %2x\n", pid2 );
printf( "pid3 = %2x\n", pid3 );
}
结果如下：
[shaoting@serverbj6:/user/shaoting/DVB-T]$ ./a.out
bit operations with unsigned chars:
pid1 = 3
pid2 = 300
pid3 = 3b4
bit operations with signed chars:
pid1 = 3
pid2 = 300
pid3 = ffb4
可见，pid3的两次取值，因为一个是针对unsigned char的buffer,另一个是针对char的buffer而使结果不同。
2. 每次操作最好用括号括起来，不要随意猜想其算术优先级
位操作的优先级比算数运算优先级低，如果记不清楚，就将其括起来，不要想当然，例子：
#include
#include
int main()
{
unsigned char buf[10] = {0};
buf[0] = 0xf0;
buf[1] = 0x03;
unsigned short pid3, pid4;
pid3= 5+ ((buf[0]&0x0f)<<8)|buf[1];
pid4 =5+ (((buf[0]&0x0f)<<8)|buf[1]);
printf( "pid3 = %2x\n", pid3 );
printf( "pid4 = %2x\n", pid4 );
}
结果：
[shaoting@serverbj6:/user/shaoting/DVB-T]$ ./a.out
pid3 = 7
pid4 = 8
可见，我们以为pid3和pid4结果应该是一样的，都是8，但我们错了，pid3的计算结果其实是等于
（5+ ((buf[0]&0x0f)<<8)）|buf[1]，即先进行了加法计算，在进行了位与计算。
（二）单片机位操作
在对单处机进行编程的过程中，对位的操作是经常遇到的。C51对位的操控能力是非常强大的。从这一点上，
可以看出C不光具有高级语言的灵活性，又有低级语言贴近硬件的特点。这也是在各个领域中都可以看到C的重
原因。在这一节中将详细讲解C51中的位操作及其应用。
1、位运算符
C51提供了几种位操作符，如下表所示：
1）“按位与”运算符（&）
参加运算的两个数据，按二进位进行“与”运算。原则是全1为1,有0为0,即：
0&0=0; 0&1=0; 1&0=0; 1&1=1;
如下例：
a=5&3; //a=(0b 0101) & (0b 0011) =0b 0001 =1
那么如果参加运算的两个数为负数，又该如何算呢？会以其补码形式表示的二进制数来
与运算。
a=-5&-3; //a=(0b 1011) & (0b1101) =0b 1001 =-7
在实际的应用中与操作经常被用于实现特定的功能：
1.清零
“按位与”通常被用来使变量中的某一位清零。如下例：
a=0xfe; //a=0b 11111110
a=a&0x55;
//使变量a的第1位、第3位、第5位、第7位清零 a= 0b 01010100
2.检测位
要知道一个变量中某一位是‘1’还是‘0’，可以使用与操作来实现。
a=0xf5; //a=0b 11110101
result=a&0x08; //检测a的第三位,result=0
3.保留变量的某一位
要屏蔽某一个变量的其它位，而保留某些位，也可以使用与操作来实现。
a=0x55; //a=0b 01010101
运算符 含义 运算符 含义
& 按位与 ~ 取反
| 按位或 << 左移
^ 按位异或 >> 右移
a=a&0x0f; //将高四位清零，而保留低四位 a=0x05
2）“按位或”运算符（｜）
参与或操作的两个位，只要有一个为‘1’，则结果为‘1’。即有‘1’为‘1’
‘0’为‘0’。
0|0=0; 0|1=1; 1|0=1; 1|1=1;
例如：
a=0x30|0x0f; //a=(0b00110000)|(0b00001111)=(0b00111111)=0x3f
“按位或”运算最普遍的应用就是对一个变量的某些位置‘1’。如下例：
a=0x00; //a=0b 00000000
a=a|0x7f; //将a的低7位置为1,a=0x7f
3)“异或”运算符（＾）
异或运算符＾又被称为XOR运算符。当参与运算的两个位相同（‘1’与‘1’或
与‘0’）时结果为‘0’。不同时为‘1’。即相同为0，不同为1。
0^0=0; 0^1=1; 1^0=1;1^1=0;
例如：
a=0x55^0x3f; //a=(0b01010101)^(0b00111111)=(0b01101010)=0x6a
异或运算主要有以下几种应用：
1.翻转某一位
当一个位与‘1’作异或运算时结果就为此位翻转后的值。如下例：
当一个位与‘1’作异或运算时结果就为此位翻转后的值。如下例：
a=0x35; //a=0b00110101
a=a^0x0f; //a=0b00111010 a的低四位翻转
关于异或的这一作用，有一个典型的应用，即取浮点的相反数，具体的实现
下：
f=1.23; //f为浮点型变量 值为1.23
f=f*-1; //f乘以-1，实现取其相反数，要进行一次乘运算
f=1.23;
((unsigned char *)&f)[0]^=0x80; //将浮点数f的符号位进行翻转实现取相反数
2.保留原值
当一个位与‘0’作异或运算时，结果就为此位的值。如下例：
a=0xff; //a=0b11111111
a=a^0x0f; //a=0b11110000 与0x0f作异或，高四位不变，低四位翻转
3.交换两个变量的值，而不用临时变量
要交换两个变量的值，传统的方法都需要一个临时变量。实现如下：
void swap(unsigned char *pa,unsigned char *pb)
{
unsigned char temp=*pa;//定义临时变量，将pa指向的变量值赋给它
*pa=*pb;
*pb=temp; //变量值对调
}
而使用异或的方法来实现，就可以不用临时变量，如下：
void swap_xor(unsigned char *pa,unsigned char *pb)
{
*pa=*pa^*pb;
*pb=*pa^*pb;
*pa=*pa^*pb; //采用异或实现变量对调
}
从上例中可以看到异或运算在开发中是非常实用和神奇的。
4）“取反”运算符（~）
与其它运算符不同，“取反”运算符为单目运算符，即它的操作数只有一个
它的功能就是对操作数按位取反。也就是是‘1’得‘0’，是‘0’得‘1’。
~1=0; ~0=1;
如下例：
a=0xff; //a=0b11111111
a=~a; //a=0b00000000
1.对小于0的有符号整型变量取相反数
d=-1;
//d为有符号整型变量，赋值为-1，内存表示为0b 11111111 11111111
d=~d+1; //取d的相反数,d=1,内存表示0b 00000000 00000001
此例运用了负整型数在内存以补码方式来存储的这一原理来实现的。负数的补码方式是这样
的：负数的绝对值的内存表示取反加1，就为此负数的内存表示。如-23如果为八位有
符号整型数，则其绝对值23的内存表示为0b00010111，对其取反则为0b11101000
再加1为0b11101001，即为0XE9，与Keil仿真结果是相吻合的：
2.增强可移植性
关于“增强可移植性”用以下实例来讲解：
假如在一种单片机中unsigned char类型是八个位（1个字节），那么一个此
型的变量a=0x67，对其最低位清零。则可以用以下方法：
a=0x67; //a=0b 0110 0111
a=a&0xfe; //a=0b 0110 0110
上面的程序似乎没有什么问题，使用0xfe这一因子就可以实现一个unsigned char型的变量最低位清
零。但如果在另一种单片机中的unsigned char类型被定义为16个位（两个字节），
那么这种方法就会出错，如下：
b=0x6767; //假设b为另一种单片机中的unsigned char 类型变量，值为0b 0110
0111 0110 0111
b=b&0xfe; //如果此时因子仍为0xfe的话，则结果就为0b 0000 0000 0110 0110
0x0066，而与0x6766不相吻合
上例中的问题就是因为不同环境中的数据类型差异所造成的，即程序的可移植性不好。对于这种
况可以采用如下方法来解决：
a=0x67; //a=0b 0110 0111
a=a&~1; //在不同的环境中~1将自动匹配运算因子，实现最后一位清零 a=0x66
其中~1为 0b 11111110
b=0x6767; //a=0b 0110 0111 0110 0111
b=a&~1; //~1=0b 1111 1111 1111 1110，b=0b 0110 0111 0110 0110 ，即0x6766
5）左移运算符（<<）
左移运算符用来将一个数的各位全部向左移若干位。如：
a=a<<2
表示将a的各位左移2位，右边补0。如果a=34(0x22或0b00100010)，左移2位得0b10001000，即十
的136。高位在左移后溢出，不起作用。
从上例可以看到，a被左移2位后，由34变为了136，是原来的4倍。而如果左
移1位，就为0b01000100，即十进制的68，是原来的2倍，很显然，左移N位，就等
乘以了2N。但一结论只适用于左移时被溢出的高位中不包含‘1’的情况。比如
a=64; //a=0b 0100 0000
a=a<<2; //a=0b 0000 0000
其实可以这样来想，a为unsigned char型变量，值为64，左移2位后等于乘以了4，即64X4＝256，
种类型的变量在表达256时，就成为了0x00，产生了一个进位，即溢出了一个
‘1’。
在作乘以2N这种操作时，如果使用左移，将比用乘法快得多。因此在程序中
适应的使用左移，可以提高程序的运行效率。
6）右移运算符
右移与左移相类似，只是位移的方向不同。如：
a=a>>1
表示将a的各位向右移动1位。与左移相对应的，左移一位就相当于除以2，右移N位，就相当于除以
2N。
在右移的过程中，要注意的一个地方就是符号位问题。对于无符号数右移时
边高位移和‘0’。对于有符号数来说，如果原来符号位为‘0’，则左边高位为
入‘0’，而如果符号位为‘1’，则左边移入‘0’还是‘1’就要看实际的编译
了，移入‘0’的称为“逻辑右移”，移入‘1’的称为“算术右移”。Keil中采用
“算术右移”的方式来进行编译。如下：
d=-32; //d为有符号整型变量，值为-32，内存表示为0b 11100000
d=d>>1;//右移一位 d为 0b 11110000 即-16，Keil采用"算术逻辑"进行编译
7）位运算赋值运算符
在对一个变量进行了位操作中，要将其结果再赋给该变量，就可以使用位
算赋值运算符。位运算赋值运算符如下：
&=, |=,^=,~=,<<=, >>=
例如：a&=b相当于a=a&b,a>>=2相当于a>>=2。
8）不同长度的数据进行位运算
如果参与运算的两个数据的长度不同时，如a为char型，b为int型，则编译
将二者按右端补齐。如果a为正数，则会在左边补满‘0’。若a为负数，左边补满
‘1’。如果a为无符号整型，则左边会添满‘0’。
a=0x00; //a=0b 00000000
d=0xffff; //d=0b 11111111 11111111
d&=a; //a为无符号型，左边添0，补齐为0b 00000000 00000000，d=0b 00000000
00000000
//细节往往体现出实力，千万要注意小问题！！！
//2013-06-04
//深圳
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用户1724555 2014-12-16 14:29
ok
xucun915_925777961 2013-7-2 08:56
用户377235 2013-6-5 12:26