Стивен Прата - Язык программирования C. Лекции и упражнения (6-е изд.) 2015

Побитовые операции

Язык С предлагает два вида побитовых операций: логические операции и операции сдвига. В последующих примерах мы будем записывать значения в двоичной системе, чтобы вы могли видеть, что происходит с битами. В действительной программе вы будете применять целочисленные переменные или константы в обычных формах. Например, вместо 00011001 будет использоваться запись 25, 031 или 0x19. В рассмат риваемых примерах мы будем применять 8-битовые числа с нумерацией битов слева направо от 0 до 7.

Манипулирование битами 633

побитовые логические операции

Четыре логических побитовых операции работают с целочисленными данными, включая тип char. Они называются побитовыми потому, что выполняются над каждым битом независимо от бита, находящегося слева или справа. Не путайте их с обычными логическими операциями (&&, || и !), которые имеют дело со значениями целиком.

Дополнение до единицы или побитовое отрицание: ~

Унарная операция ~ преобразует каждую единицу в ноль, а каждый ноль в единицу, как показано в следующем примере:

-(10011010) // выражение

(01100101) // результат

Предположим, что переменной val типа unsigned char присвоено значение 2. В двоичном виде 2 имеет вид 00000010. Тогда ~val будет иметь значение 11111101, или 253. Обратите внимание, что операция не изменяет значения переменной val, в точности как не изменяет значение val выражение 3 * val; значением val по-прежнему является 2, но создается новое значение, которое можно использовать или присваивать где-то в другом месте:

newval = -val; printf("%d", -val);

Если вы хотите изменить значение val на -val, применяйте следующий простой оператор присваивания:

val = -val;

Побитовая операция "И": &

Двоичная операция & создает новое значение за счет выполнения побитового сравнения двух операндов. Для каждой позиции результирующий бит будет равен 1, только если оба соответствующих бита в операндах равны 1. (В терминах истинный/ложный можно сказать, что результат будет истинным, только когда каждый из двух битовых операндов является истинным.) Таким образом, в результате вычисления выражения

(10010011) & (00111101) // выражение

получается следующее значение:

(00010001) // результат

Причина в том, что только нулевой и четвертый биты равны 1 в обоих операндах. В С также имеется операция “И”, объединенная с присваиванием: &=.

Оператор

val &= 0377;

дает такой же результат, как и следующий оператор:

val = val & 0377;

Побитовая операция “ИЛИ": |

Двоичная операция | создает новое значение за счет выполнения побитового сравнения двух операндов. Для каждой позиции бит будет равен 1, если любой из соответствующих битов в операндах равен 1. (В терминах истинный/ложный можно сказать, что результат будет истинным в случае, когда один или другой битовый операнд является истинным либо сразу оба.)

634 глава 15

Таким образом, в результате вычисления выражения

(10010011) | (00111101) // выражение

получается следующее значение:

(10111111) // результат

Причина в том, что биты во всех позициях кроме 6 имеют значение 1 в одном или в другом операнде (или в обоих). В С также существует операция “ИЛИ”, объединенная с присваиванием: |=. Оператор

val |= 0377;

дает тот же результат, что и следующий оператор:

val = val | 0377;

Побитовое "исключающее ИЛИ": *

Двоичная операция ^выполняет побитовое сравнение двух операндов. Для каждой позиции результирующий бит будет равен 1, если один или другой (но не оба) из соответствующих битов в операндах равен 1. (В терминах истинный/ложный можно сказать, что результат будет истинным в случае, когда один или другой битовый операнд является истинным, но не оба.) Таким образом, в результате вычисления выражения

(10010011) ^ (00111101) // выражение

получается следующее значение:

(10101110) // результат

Обратите внимание, что поскольку бит 0 равен 1 у обоих операндов, результирующий бит 0 получает значение 0.

В языке С также имеется операция “исключающее ИЛИ”, объединенная с присваиванием: ^=. Оператор

val ^= 0377;

дает тот же результат, что и следующий оператор:

val = val ^0377;

Случай применения: маски

Побитовая операция “И” часто используется с маской. Маска — это комбинация битов, в которой некоторые биты включены (1), а некоторые выключены (0). Чтобы понять, почему ее так назвали, давайте посмотрим, что происходит, когда мы объединяем какую-то величину с маской с применением операции &. Для примера предположим, что вы определили символическую константу MASK как 2 (т.е. 00000010), у которой ненулевым является только бит с номером 1. Тогда оператор