C语言中的位操作符.docx

1、 C 语言中的位操作符因为 C 语言的设计目的是取代汇编语言，所以它必须支持汇编语言所具有的运算能力，所以 C 语言支持全部的位操作符（Bitwise Operators） 。位操作是对字节或字中的位（ bit）进行测试、置位或移位处理，在对微处理器的编程中，特别适合对寄存器、I/O 端口进行操作。因而本节将对此作比较详细地介绍。6 种位操作符的形式与含义如下：& ：按位 “与” （AND ） ；| ：按位“或” （OR ） ； ：按位“异或” （XOR ） ； ：“取反” （NOT ） ； ：数据右移； ：数据左移；1） 按位“与”运算按位“与”运算符 & 的作用是对运算符两侧以二进制表达的

2、操作数按位分别进行“与”运算，而这一运算是以数中相同的位（bit）为单位的。操作的规则是：仅当两个操作数都为 1 时，输出的结果才为 1，否则为 0。例如：a = 0x88，b = 0x81，则 a & b 的运算结果如下：0x88 1000 1000 a 数& 0x81 1000 0001 b 数= 1000 0000其中，& 运算符让 a 数 0x88 与 B 数 0x81 的 1 位与 1 位、2 位与 2位7 位与 7 位分别相“与” 。由于“与” 运算的操作规则是，两个操作数中各位只要有 1 个为 0，其结果中对应的位就为 0。而 a 数与 b 数中只有最高位（第 7 位）均为 1，

3、因而该位结果为 1，其它各位结果都为 0。通常我们可把按位“与”操作 & 作为关闭某位（即将该位置 0）的手段，例如我们想要关闭 a 数中的第 3 位，而又不影响其它位的现状，可以用一个数 0xF7，即二进制数 1111 0111 去与 a 数作按位“与”运算：0x88 1000 1000 a 数& 0xF7 1111 0111 屏蔽数= 1000 0000注意，这个数除第 3 位为 0 外，其它各位均为 1，操作的结果只会将 a 数中的第 3 位置 0，而 a 数的其它位不受影响。也就是说，若需要某个数的第 n 位关闭，只需要将该数与另一个数按位相与，另一个数除了相应的第 n 位为 0 外，

4、其它各位都为 1，以起到对其它各位的屏蔽作用。上面的运算可以用 a = a &（0xF7 ） 来表示，也可以用 a & =（0xF7） 来表达。这两个表达式功能是相同的（见上节“复合赋值运算符”部分） ，但在源程序代码中常常见到的以第二种形式为多。2） 按位“或”运算按位“或” 运算符 | 的作用是对运算符两侧以二进制表达的操作数按位分别进行“或”运算，而这一运算是以数中相同的位（bit）为单位的。操作的规则是：仅当两个操作数都为 0 时，输出的结果才为 0，否则为 1。例如：a = 0x88，b = 0x81，则 a | b 的运算结果如下：0x88 1000 1000 a 数| 0x81

5、1000 0001 b 数= 1000 1001通常我们可把按位“与”操作 & 作为置位（即将该位置 1）的手段，例如我们想要将 a 数中的第 0 位和 1 位置 1，而又不影响其它位的现状，可以用一个数 0x03，即二进制数 00000011 去与 a 数作按位“或”运算：0x88 1000 1000 a 数| 0x03 0000 0011 屏蔽数= 1000 1011注意，这个数除第 0、 1 位为 1 外，其它各位均为 0，操作的结果只会将 a 数中的第 0、1 位置 0，而 a 数的其它位不受影响。也就是说，若需要某个数的第 n 位置 1，只需要将该数与另一个数按位相“或” ，另一个数

6、除了相应的第 n 位为 1 外，其它各位都为 0，以起到对其它各位的屏蔽作用。上面的运算可以用 a = a | （0xF7 ） 来表示，也可以用 a | =（0xF7 ） 来表达。3） 按位“异或”运算按位“异或”运算符 的作用是对运算符两侧以二进制表达的操作数按位分别进行“异或”运算，而这一运算是以数中相同的位（bit）为单位的。异或运算操作的规则是：仅当两个操作数不同时，相应的输出结果才为 1，否则为 0。例如：a = 0x88，b = 0x81，则 a b 的运算结果如下：0x88 1000 1000 a 数 0x81 1000 0001 屏蔽数= 0000 1001按位“异或”运算 具

7、有一些特殊的应用，介绍如下： 按位“异或”运算可以使特定的位取反例如：我们想让 a 数中的最低位和最高位取反，只要用 0x81，即二进制数 10000001 去与它作按位 “异或”运算，其运算结果同上式。经过操作后，最高位的值已经由 1 变 0，而最低位的值也已经由 0变 1，起到了使这两位翻转的效果。其它位的状态保持不变。可以看到，这个数除最低位、最高位为 1 外，其它各位均为 0，操作的结果只会将 a 数中的第 0、7 位取反，而 a 数的其它位不受影响。也就是说，若需要某个数的第 n 位取反，只需要将该数与另一个数按位相“异或” ，另一个数除了相应的第 n 位为 1 外，其它各位都为0，

8、以起到对其它各位的屏蔽作用。上面的运算可以用 a = a （0x81 ） 来表示，也可以用 a =（0x81 ） 来表达。 直接交换两个变量的值例如，若有变量 a = 3，b = 4，想要交换它们的值，可以做如下一组操作：a = bb = aa = b首先，a = b:a 0000 0011 b 0000 0100a = 0000 0111其次，b = a:b 0000 0100 a 0000 0111b = 0000 0011最后，a = b:a 0000 0111 b 0000 0011a = 0000 0100这样，a、b 两个变量中的值就进行了对调。4） “取反”运算“取反”运算符 的

9、作用是将各位数字取反：所有的 0 置为 1，1置为 0。例如：1001 0110 取反后为 0110 1001。5） 数据右移数据右移操作符 将变量的各位按要求向右移动若干位。右移语句的通常形式是：variable 右移位数如：a = 1111 0000；进行 a = a 2 操作后，a = 0011 1100。6） 数据左移数据左移操作符 将变量的各位按要求向左移动若干位。左移语句的通常形式是：variable 左移位数如：a = 1111 0000；进行 a = a 2 操作后，a =1100 0000。无论是左移还是右移，当某位从一端移出时，另一端出现的空白将以从外面移入的 0（某些计算

10、机是送 1，详细内容请查阅相应 C 编译程序用户手册）来补充。这说明，移位不同于循环，从一端移出的位并不送回到另一端去，移去的位永远丢失了，同时在另一端只能补上相应位数的 0。移位操作可用于整数的快速乘除运算，左移一位等效于乘 2，而右移一位等效于除以 2。如：x = 7， 二进制表达为：0000 0111，x 1 0000 1110，相当于： x =2*7=14，x 3 0111 0000，相当于： x=14*2*2*2=112x 2 1100 0000， x= 192在作第三次左移时，其中一位为 1 的位移到外面去了，而左边只能以 0 补齐，因而便不等于 112*2*2=448，而是等于

11、192 了。当 x 按刚才的步骤反向移动回去时，就不能返回到原来的值了，因为左边丢掉的一个 1，再也不能找回来了：x 2 0011 0000， x=48x 3 0000 0110 x=48/8=6x 1 0000 0011 x=6/2=3移位操作还可以配合其它位操作夫对寄存器或者数据 I/O 接口的各个位进行设置、检测，具体方法见下一节。2.位操作符的一些实用方法介绍1） 学会应用复合运算符如前面所介绍的，位操作运算符可以和赋值运算符“=”一起组成复合运算符。即如下 5 个：= 、 =、&=、=、|=其中，x = y，相当于 x = x y；x = y，相当于 x = x y；x & = y，

12、 相当于 x = x & y；x = y， 相当于 x = x y；x | = y， 相当于 x = x | y；学会在 C 语言中使用复合运算符，可以简化源程序，优化目标程序。2） C 语言中一些常见的位操作方法由于我们此处学习 C 语言的目的主要是为了开发微控制器的控制程序，为此我们特别关注一下对 MPU 的寄存器、I/O 中某一位的操作语句。假如要对 PORTA（端口 A）的某些位进行赋值、置 0、置 1、取反、测试，可能会用到如一下一些语句： PORTA = 0x87给整个 PORTA 赋值，作用是将 1000 0111 这个数赋予 PORTA，即让PORTA 的第 0、1、2 和 7

13、 位置 1，其它位清 0。 PORTA = （17）给整个 PORTA 赋值，作用等价于 PORTA = 0x80，将 1000 0000 这个数赋予 PORTA，将指定的第 7 位置 1，其余各位置 0。只不过这里包括了两个步骤，即先是括号中的 17 操作，表示将 0x01 这个数左移 7 位，其值变成 0x80，再将它赋予 PORTA。 PORTA = （17） | （1 3） | （1 2）给整个 PORTA 赋值，作用与中的操作相同，但是是分别对7、3 、2 位置 1，而将其它各位均置 0。它先要分别对三个括号中给定的值进行移位操作，再将它们按位“与” ，最后将值赋予 PORTA。即：

14、1000 0000 （1 7）0000 1000 （1 3）| 0000 0100 （1 2）PORTA = 1000 1100 PORTA & = 0x80使 PORTA 中的指定位清 0，等价于 PORTA =PORTA & （0x80 ） 。由于0x80 的二进制表达形式为 1000 0000，利用其最高位为 1，其它各位均为 0 的特性，作为一个模板将其等于 1 的那些位（如本例中的第7 位）屏蔽起来，使之保持不变，而将其它位清 0（不管原来为 0 还是为 1） 。因为 PORTA 与 0x80 按位“与”的结果如下：PORTA = 0x87 1000 0111& 0x80 1000

15、0000= 1000 0000操作后，第 7 位的原来值 1 被保留，其它各个位被清 0，其中最低的 3 位原来为 1，现在均为 0 了。 PORTA & = （17）它也等价于 PORTA & = 0x80：这里也包括了两个步骤，即先执行括号中的 17 操作，将 0x01 左移 7 位，其值变成 0x80，再将它与PORTA 做按位“与” 。该操作将除指定的第 7 位以外的各个位清 0。PORTA & = （1 7）该指令在等号后面加了取反符号 。与上一条操作的区别是，在与PORTA 做按位“与”前，还将 0x80 先行取反，将 1000 0000 转换成0111 1111，再做按位 “与”

16、操作。这样的操作结果是将指定的第 7位清零，其它各位保持不变。 PORTA | = （17）等价于 PORTA = PORTA | （17 ） ，这里也是先执行括号中的 17操作，将 0x01 左移 7 位，其值变成 0x80，再将它与 PORTA 做按位“或” 。若操作前 PORTA 的初始值为 0x07，则：PORTA 0000 0111| 0x80 1000 0000PORTA = 1000 0111该操作将最高位置 1，其它各位保持不变。要注意的是，这条指令与 PORTA = （17） 相比，虽然都可以使指定的某一位置 1，但它们有着不同之处。PORTA = （17 ） 执行后，虽然某

17、一位被置 1 了，但其它的位却被修改了，即不管 PORTA的初始值为什么，原来为 1 的位都会被 0 覆盖，执行的结果总是为1000 0000。而本条指令却可以将其它位屏蔽起来，在改变要设置的那一位的同时，并不改变其它位的状态。3） 巧用 C 语言中的位操作方法 将寄存器的指定位置 1 或清 0在实际应用中，经常利用 PORTA | = （1 n） 这条指令将寄存器的任意位置 1，而又不影响其它位的现有状态。比如说，你如果想将第 4 位置 1，就使用 PORTA | = （1 4） 就行了。当然，也可以使用 PORTA | = （1 7） | （1 4 ） | （1 0） 这样的指令一次将设第

18、 8、5 和 1 位置 1，但又不影响到其它位的状态。在实际应用中，经常利用 PORTA & = （ 1 n） 这条指令将寄存器的任意位清 0，而又不影响其它位的现有状态。比如说，你如果想将第 4 位清 0，就使用 PORTA & = （1 4） 就行了。在启动 nRF905 芯片向空中发送数据时，采用以下函数：void nrf905_TxSend（void）PORTD|=（1TRXCE） ；DelayUs（1） ；/10usPORTD &= （1TRXCE） ；其中让 PORTD 中控制 TRX_CE 信号的那一位先置 1，再清 0，输出一高一低的脉冲信号，就在一个脉冲周期内，完成了一次数据

19、发送。因为在程序的开头已经定义 TRX_CE 信号为 PD6 位，即 TRXCE = 6，因而上面两行程序等价于：PORTD|=（1 6） ；PORTD &= （1 6） ； 测试寄存器指定位的状态nRF905 在接收数据过程中，要分别发出 CD、AM 和 DR 信号，而MPU 也要分别对这些位进行检测，看它们是否变高，若变高，就执行下一步，否则就跳出分支，返回主程序。下面就是对这些位进行检测的一段函数：void nrf905_RxRecv（void）while （ PIND&（1CD） ）=0 ） ； /CD 引脚置 1,检测到载波信号while （ PIND&（1AM ） ）=0） ； /

20、一般先 AM=1 指示地址匹配对while （PIND&（1 DR） ）=0） ； /DR=1 时表示数据接收对而且Crc 正确/nrf905 已经接收到数据nrf905_ReadData（0） ；/ 读出 nrf905 中的数据其中有：while （ PIND&（1DR） ）= =0） ； 或者：if （PIND&（1DR） ）= =0） ； 语句，其功能就是对寄存器指定的位进行测试。括号中是一个等式，我们将其拆分开介绍它的作用：1DR：DR 在程序的开始已经被定义为 2， （1DR）也就是（1 2） ，表示将 0x01 左移 2 位，结果为 0000 0100；PIND& （1DR ）：P

21、IND 为 PORTD 端口的 8 位引脚的值，PIND& （1 DR）表示让它和（1DR） 亦即和 0000 0100 按位相“与” 。不管 PIND 的其它位为何值，由于和 0 相与，这些位的结果都为 0，我们关心的只有第 2位的状态。由于该位与 1 相与，只要 DR 为高，就会有：PIND xxx x1xx& 0000 0100结果 = 0000 0100结果的第二位的状态为 1，也就是整个表达式 （PIND&（1DR） ）= = 0 不成立，语句的逻辑值为 0。若 DR 为低，则有：PIND xxxx x0xx& 0000 0100结果 = 0000 0000也就是整个表达式的结果为 0， （PIND&（1DR） ）= = 0 成立，语句的逻辑值为 1。根据括号中逻辑值的情况，while 或者 if 语句再决定程序的流向。