C:位運算

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1.負數表示-二類補數(twos complement)
一般使用二類補數表示負數,最左邊一位爲符號位.
將一個十進制負數轉化爲二進制符號數時,首先給這個數加1,然後取絕對值,再將其轉換爲二進制,最後對這個二進制求補.
[1]-5
[2]-4
[3]4
[4]0000 0100
[5]1111 1011
將一個負數從二進制轉換爲十進制,首先對其所有位求補,然後將結果轉換爲十進制,再改變其符號,最後再減1.
[1]1111 1011
[2]0000 0100
[3]4
[4]-4
[5]-5
使用二類補數表示數字時,用n位可存儲的最大正數是2n-1-1,用n位可存儲的最小負數-2n-1.
假設整數佔32位(4字節),此時可存儲的最大正數231-1,最小負數-231,而如果是無符號整數,即unsigned int,其表示範圍爲0至232-1.

2.按位與和按位或
按位與經常用於屏蔽一個數中的某些位,
word &= 0x1//除最右邊4位外,其餘位清零
按位或經常用於將某些位設定爲1
word |= 0x1//將最右邊4位設定爲1

3.異或運算
異或運算可以交換兩個值而不需要使用臨時變量.

  1. /*exchange two integer values*/
  2. void swap(int* a, int* b)
  3. {
  4. *a ^= *b;
  5. *b ^= *a;
  6. *a ^= *b;
  7. }

如果某數與1進行異或運算,可以達到取反的效果,0^1=1,1^1=0.
這裏假設機器的整型數長度爲32位,對整數0的31位取反,得到最大整數.

  1. int main()
  2. {
  3. int a=0;
  4. printf("%i,%i",a,a ^ 0x7fffffff);
  5. return 0;
  6. }

4.幾個經典的位運算函數
4.1求當前機器無符號整型最大長度

  1. /*the max length of unsigned int*/
  2. int int_size ()
  3. {
  4. unsigned int bits;
  5. int size = 0;
  6. bits = ~0;
  7. while ( bits ) {
  8. ++size;
  9. bits >>= 1;
  10. }
  11. return size;
  12. }


4.2移位運算

  1. /*a bit mover for unsigned int
  2. if n > 0 move left for n bits,else move right*/
  3. unsigned int bit_shift (unsigned int value,int n)
  4. {
  5. int intsize=int_size(); /*the length of unsigned int*/
  6. if(n>0 && n< intsize) /*move left*/
  7. value<<=n;
  8. else if (n<0 && n> -intsize) /*move right*/
  9. value>>=-n;
  10. else
  11. value=0;
  12. return value;
  13. }


4.3循環移位運算

  1. /*a bit rotate mover for unsigned int
  2. if n > 0 move left for n bits,else move right*/
  3. unsigned int bit_rotate (unsigned int value, int n)
  4. {
  5. unsigned int result,bits,intsize;
  6. intsize=int_size(); /*the length of unsigned int*/
  7. if(n > 0)
  8. n=n % intsize;
  9. else
  10. n=-(-n % intsize);
  11. if(n==0)
  12. result=value;
  13. else if(n >0 ){ /*move left*/
  14. bits=value >> (intsize-n);/*bits should be in the rightest*/
  15. result=value << n|bits;
  16. }else{ /*move right*/
  17. n=-n;
  18. bits=value << (intsize-n);/*bits should be in the leftest*/
  19. result=value >> n|bits;
  20. }
  21. return result;
  22. }


4.4返回無符號整型數value中從右起第p位的值

  1. /* get bit No.p(from right) of value to see if it is on */
  2. int bit_get (unsigned int value, int n)
  3. {
  4. int intsize=int_size(); /*the length of unsigned int*/
  5. if ( p < 0 || p > intsize-1 )/*out of range*/
  6. return 0;
  7. if ( (value >> p) & 1 )
  8. return 1;
  9. else
  10. return 0;
  11. }


4.5將無符號整型數value中從右起的第p位置1

  1. /* set bit No.p(from right) of value on */
  2. unsigned int bit_set (unsigned int value, int p)
  3. {
  4. int intsize=int_size(); /*the length of unsigned int*/
  5. if ( p < 0 || p > intsize-1 )/*out of range*/
  6. return 0;
  7. return value | (1 << p);
  8. }


4.6返回無符號整型數value中從第p位(右起)向右n位的值
[1]~(~0 << n)表示最右邊n位全爲1;
[2]value >> (p+1-n)表示將目標位字段移至最右端;

  1. /*get n bits of value at position p(from right) */
  2. unsigned bits_get (unsigned int value, int p, int n)
  3. {
  4. int intsize=int_size(); /*the length of unsigned int*/
  5. if ( n < 0 || p < 0 || p + n > intsize )
  6. return 0;
  7. return(value >> (p+1-n)) & ~(~0 << n);
  8. }


4.7將無符號整型數value中從第p位(右起)向右n位設置爲y最右邊n位的值
[1]~(~0 << n)表示最右邊n位全爲1;
[2](~(~0 << n) << (p+1-n)表示將這n個1位左移至位置p;
[3]~(~(~0 << n) << (p+1-n))表示將從位置p開始的n位設置零,其餘位設置一;
[4]unsigned tar=bits_get(y,n-1,n);取出y的低n位;

  1. /*set n bits of value at position p(from right) with bits of y*/
  2. unsigned bits_set (unsigned value, int p, int n, unsigned int y)
  3. {
  4. int intsize=int_size(); /*the length of unsigned int*/
  5. if ( n < 0 || p < 0 || p + n > intsize )
  6. return 0;
  7. unsigned tar=bits_get(y,n-1,n);
  8. return (value & ~(~(~0 << n) << (p+1-n))) | tar;
  9. }
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