單片機(jī)的C語(yǔ)言中位操作用法

1、位運(yùn)算符

C51提供了幾種位操作符，如下表所示：

1）“按位與”運(yùn)算符（&）

參加運(yùn)算的兩個(gè)數(shù)據(jù)，按二進(jìn)位進(jìn)行“與”運(yùn)算。原則是全1為1,有0為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

那么如果參加運(yùn)算的兩個(gè)數(shù)為負(fù)數(shù)，又該如何算呢？會(huì)以其補(bǔ)碼形式表示的二進(jìn)制數(shù)來(lái)進(jìn)行與運(yùn)算。

a=-5&-3; //a=(0b 1011) & (0b1101) =0b 1001 =-7

在實(shí)際的應(yīng)用中與操作經(jīng)常被用于實(shí)現(xiàn)特定的功能：

1.清零

“按位與”通常被用來(lái)使變量中的某一位清零。如下例：

a=0xfe; //a=0b 11111110

a=a&0x55;

//使變量a的第1位、第3位、第5位、第7位清零a= 0b 01010100

2.檢測(cè)位

要知道一個(gè)變量中某一位是‘1’還是‘0’，可以使用與操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。

a=0xf5; //a=0b 11110101

result=a&0x08; //檢測(cè)a的第三位,result=0

3.保留變量的某一位

要屏蔽某一個(gè)變量的其它位，而保留某些位，也可以使用與操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。

a=0x55; //a=0b 01010101

a=a&0x0f; //將高四位清零，而保留低四位a=0x05

　2）“按位或”運(yùn)算符（｜） 　　　　　　　　　　　

　　　　　　參與或操作的兩個(gè)位，只要有一個(gè)為‘1’，則結(jié)果為‘1’。即有‘1’為‘1’，全‘0’為‘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”運(yùn)算最普遍的應(yīng)用就是對(duì)一個(gè)變量的某些位置‘1’。如下例：

a=0x00; //a=0b 00000000

a=a|0x7f; //將a的低7位置為1,a=0x7f

3)“異或”運(yùn)算符（＾）

　　　　　　異或運(yùn)算符＾又被稱(chēng)為XOR運(yùn)算符。當(dāng)參與運(yùn)算的兩個(gè)位相同（‘1’與‘1’或‘0’與‘0’）時(shí)結(jié)果為‘0’。不同時(shí)為‘1’。即相同為0，不同為1。

　　　　　 0^0=0; 0^1=1; 1^0=1;1^1=0;

例如：

　　　　　　　　a=0x55^0x3f; //a=(0b01010101)^(0b00111111)=(0b01101010)=0x6a

異或運(yùn)算主要有以下幾種應(yīng)用：

　　　　　　1.翻轉(zhuǎn)某一位

　　　　　　　　　當(dāng)一個(gè)位與‘1’作異或運(yùn)算時(shí)結(jié)果就為此位翻轉(zhuǎn)后的值。如下例：

a=0x35; //a=0b00110101

a=a^0x0f; //a=0b00111010 a的低四位翻轉(zhuǎn)

　　　　　　　　　關(guān)于異或的這一作用，有一個(gè)典型的應(yīng)用，即取浮點(diǎn)的相反數(shù)，具體的實(shí)現(xiàn)如下：

f=1.23; //f為浮點(diǎn)型變量　值為1.23

f=f*-1; //f乘以-1，實(shí)現(xiàn)取其相反數(shù)，要進(jìn)行一次乘運(yùn)算

f=1.23;

((unsigned char *)&f)[0]^=0x80; //將浮點(diǎn)數(shù)f的符號(hào)位進(jìn)行翻轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)取相反數(shù)　　　　　　　

　　　　　　2.保留原值

　　　　　　　當(dāng)一個(gè)位與‘0’作異或運(yùn)算時(shí)，結(jié)果就為此位的值。如下例：

a=0xff; //a=0b11111111

a=a^0x0f; //a=0b11110000與0x0f作異或，高四位不變，低四位翻轉(zhuǎn)

　　　　　　3.交換兩個(gè)變量的值，而不用臨時(shí)變量

　　　　　　　要交換兩個(gè)變量的值，傳統(tǒng)的方法都需要一個(gè)臨時(shí)變量。實(shí)現(xiàn)如下：

void swap(unsigned char *pa,unsigned char *pb)

{

unsigned char temp=*pa;//定義臨時(shí)變量，將pa指向的變量值賦給它

*pa=*pb;

*pb=temp;　//變量值對(duì)調(diào)

}

而使用異或的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，就可以不用臨時(shí)變量，如下：

void swap_xor(unsigned char *pa,unsigned char *pb)

{

*pa=*pa^*pb;

*pb=*pa^*pb;

*pa=*pa^*pb; //采用異或?qū)崿F(xiàn)變量對(duì)調(diào)

}

從上例中可以看到異或運(yùn)算在開(kāi)發(fā)中是非常實(shí)用和神奇的。

　4）“取反”運(yùn)算符（~）

　　　　　　　　　與其它運(yùn)算符不同，“取反”運(yùn)算符為單目運(yùn)算符，即它的操作數(shù)只有一個(gè)。它的功能就是對(duì)操作數(shù)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.對(duì)小于0的有符號(hào)整型變量取相反數(shù)

d=-1;

//d為有符號(hào)整型變量，賦值為-1，內(nèi)存表示為0b 11111111 11111111

d=~d+1; //取d的相反數(shù),d=1,內(nèi)存表示0b 00000000 00000001　　　　　　　　

　　此例運(yùn)用了負(fù)整型數(shù)在內(nèi)存以補(bǔ)碼方式來(lái)存儲(chǔ)的這一原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼方式是這樣的：負(fù)數(shù)的絕對(duì)值的內(nèi)存表示取反加1，就為此負(fù)數(shù)的內(nèi)存表示。如-23如果為八位有符號(hào)整型數(shù)，則其絕對(duì)值23的內(nèi)存表示為0b00010111，對(duì)其取反則為0b11101000，再加1為0b11101001，即為0XE9，與Keil仿真結(jié)果是相吻合的：

　　　2.增強(qiáng)可移植性

　　　　　　　　　　關(guān)于“增強(qiáng)可移植性”用以下實(shí)例來(lái)講解：

　　　　　　　　　　假如在一種單片機(jī)中unsigned char類(lèi)型是八個(gè)位（1個(gè)字節(jié)），那么一個(gè)此類(lèi)型的變量a=0x67，對(duì)其最低位清零。則可以用以下方法：

a=0x67; //a=0b 0110 0111

a=a&0xfe; //a=0b 0110 0110

上面的程序似乎沒(méi)有什么問(wèn)題，使用0xfe這一因子就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)unsigned char型的變量最低位清零。但如果在另一種單片機(jī)中的unsigned char類(lèi)型被定義為16個(gè)位（兩個(gè)字節(jié)），那么這種方法就會(huì)出錯(cuò)，如下：

b=0x6767; //假設(shè)b為另一種單片機(jī)中的unsigned char類(lèi)型變量，值為0b 0110 0111 0110 0111

b=b&0xfe; //如果此時(shí)因子仍為0xfe的話，則結(jié)果就為0b 0000 0000 0110 0110即0x0066，而與0x6766不相吻合

上例中的問(wèn)題就是因?yàn)椴煌h(huán)境中的數(shù)據(jù)類(lèi)型差異所造成的，即程序的可移植性不好。對(duì)于這種情況可以采用如下方法來(lái)解決：

a=0x67; //a=0b 0110 0111

a=a&~1; //在不同的環(huán)境中~1將自動(dòng)匹配運(yùn)算因子，實(shí)現(xiàn)最后一位清零　a=0x66其中~1為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）左移運(yùn)算符（<<）

　　左移運(yùn)算符用來(lái)將一個(gè)數(shù)的各位全部向左移若干位。如：

　　　　　　　　　 a=a<<2

表示將a的各位左移2位，右邊補(bǔ)0。如果a=34(0x22或0b00100010)，左移2位得0b10001000，即十進(jìn)制的136。高位在左移后溢出，不起作用。

　　　　　　　　　　從上例可以看到，a被左移2位后，由34變?yōu)榱?36，是原來(lái)的4倍。而如果左移1位，就為0b01000100，即十進(jìn)制的68，是原來(lái)的2倍，很顯然，左移N位，就等于乘以了2N。但一結(jié)論只適用于左移時(shí)被溢出的高位中不包含‘1’的情況。比如：

a=64; //a=0b 0100 0000

a=a<<2; //a=0b 0000 0000

其實(shí)可以這樣來(lái)想，a為unsigned char型變量，值為64，左移2位后等于乘以了4，即64X4＝256，而此種類(lèi)型的變量在表達(dá)256時(shí)，就成為了0x00，產(chǎn)生了一個(gè)進(jìn)位，即溢出了一個(gè)‘1’。

　　　　　　　　　　在作乘以2N這種操作時(shí)，如果使用左移，將比用乘法快得多。因此在程序中適應(yīng)的使用左移，可以提高程序的運(yùn)行效率。

6）右移運(yùn)算符

　　　　　　　　 右移與左移相類(lèi)似，只是位移的方向不同。如：

　　　　　　　　　　　　　　　　　 a=a>>1

表示將a的各位向右移動(dòng)1位。與左移相對(duì)應(yīng)的，左移一位就相當(dāng)于除以2，右移N位，就相當(dāng)于除以2N。

　　　　　　　　　 在右移的過(guò)程中，要注意的一個(gè)地方就是符號(hào)位問(wèn)題。對(duì)于無(wú)符號(hào)數(shù)右移時(shí)左邊高位移和‘0’。對(duì)于有符號(hào)數(shù)來(lái)說(shuō)，如果原來(lái)符號(hào)位為‘0’，則左邊高位為移入‘0’，而如果符號(hào)位為‘1’，則左邊移入‘0’還是‘1’就要看實(shí)際的編譯器了，移入‘0’的稱(chēng)為“邏輯右移”，移入‘1’的稱(chēng)為“算術(shù)右移”。Keil中采用“算術(shù)右移”的方式來(lái)進(jìn)行編譯。如下：

d=-32; //d為有符號(hào)整型變量，值為-32，內(nèi)存表示為0b 11100000

d=d>>1;//右移一位d為0b 11110000即-16，Keil采用"算術(shù)邏輯"進(jìn)行編譯

7）位運(yùn)算賦值運(yùn)算符

　　　　　　　　　　在對(duì)一個(gè)變量進(jìn)行了位操作中，要將其結(jié)果再賦給該變量，就可以使用位運(yùn)算賦值運(yùn)算符。位運(yùn)算賦值運(yùn)算符如下：

&=, |=,^=,~=,<<=, >>=

例如：a&=b相當(dāng)于a=a&b,a>>=2相當(dāng)于a>>=2。

　　8）不同長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)進(jìn)行位運(yùn)算

　　　　　　　　　　如果參與運(yùn)算的兩個(gè)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度不同時(shí)，如a為char型，b為int型，則編譯器會(huì)將二者按右端補(bǔ)齊。如果a為正數(shù)，則會(huì)在左邊補(bǔ)滿(mǎn)‘0’。若a為負(fù)數(shù)，左邊補(bǔ)滿(mǎn)‘1’。如果a為無(wú)符號(hào)整型，則左邊會(huì)添滿(mǎn)‘0’。

a=0x00; //a=0b 00000000

d=0xffff; //d=0b 11111111 11111111

d&=a; //a為無(wú)符號(hào)型，左邊添0，補(bǔ)齊為0b 00000000 00000000，d=0b 00000000 00000000