【导读】：本文详细讲解C/C++位操作的原理与实际应用,非常值得学习。
位操作（Bit Operation）
位操作与逻辑操作
位操作不同于逻辑操作，逻辑操作是一种整体的操作，而位操作是针对内部数据位补码的操作。逻辑操作的世界里只有真假（零与非零），而位操作的世界里按位论真假（1和0）。运算也不相同。
数据的二进制形式表示
8位二进制数据的补码
eg:打印一个32位数据的二进制
void dis32bin(int data){int i = 32;while(i--){if(data & (1<<i))printf("1");elseprintf("0");if(i%4 == 0){if(i%8 == 0)printf(" ");elseprintf("-");}}putchar(10);}int main(){int a = 0xffffffff;//-1内存中的形式dis32bin(a);return 0;}
按位&（与）
同1为1，否则为0。
非1跟1按位与保持不变，1跟1按位与为1，跟0按位与清零。
性质：用1&，在某些位保持不变的情况下，某些清零。
void dis32bin(int data){int i = 32;while(i--){if(data & (1<<i))printf("1");elseprintf("0");if(i%4 == 0){if(i%8 == 0)printf(" ");elseprintf("-");}}putchar(10);}int main(){//int a = 0xffffffff;//-1内存中的形式int a = 3;int b = 11;dis32bin(a);dis32bin(b);printf("\n------------------------------\n");dis32bin(a&b);int c = a&b;printf("c = %d\n",c);return 0;}
/*0000-0000 0000-0000 0000-0000 0000-00110000-0000 0000-0000 0000-0000 0000-1011---------------------------------------0000-0000 0000-0000 0000-0000 0000-0011c = 3*/
按位或|(或)
只有两个都为0时才为0，其余为1.
跟1按位或置1，非0跟0或保持不变，0跟0或为0.
性质：用0|,在某些位保持不变的情况下，某些置1.
void dis32bin(int data){ int i = 32; while(i--) { if(data & (1<<i)) printf("1"); else printf("0"); if(i%4 == 0) { if(i%8 == 0) printf(" "); else printf("-"); } } putchar(10);}int main() { int a = 3; int b = 9; dis32bin(a); dis32bin(b); printf("\n-----------------------------------------\n"); dis32bin(a|b); int c = a|b; printf("a|b = %d\n",c);}/*0000-0000 0000-0000 0000-0000 0000-00110000-0000 0000-0000 0000-0000 0000-1001-----------------------------------------0000-0000 0000-0000 0000-0000 0000-1011a|b = 11*/
位取反（~）
个各位反转，1->0,0->1
按位取反，用于间接的构造某些数据。
void dis32bin(int data){int i = 32;while(i--){if(data & (1<<i))printf("1");elseprintf("0");if(i%4 == 0){if(i%8 == 0)printf(" ");elseprintf("-");}}putchar(10);}int main(){int a = 0x55;dis32bin(a);dis32bin(~a);//a本身并未发生变化dis32bin(0);dis32bin(~0);return 0;}
/*0000-0000 0000-0000 0000-0000 0101-01011111-1111 1111-1111 1111-1111 1010-10100000-0000 0000-0000 0000-0000 0000-00001111-1111 1111-1111 1111-1111 1111-1111*/
位异或(^)(相异者或)
相异者1，相同者0
跟1按位异或取反，跟0按位异或保持不变。
性质：用1^,某些位保持不变的情况下，某些取反
void dis32bin(int data){int i = 32;while(i--){if(data & (1<<i))printf("1");elseprintf("0");if(i%4 == 0){if(i%8 == 0)printf(" ");elseprintf("-");}}putchar(10);}int main(){int a = 0x55;int b = 0xff;dis32bin(a);dis32bin(b);dis32bin(a^b);printf("\n=============================\n");int c = 0;dis32bin(a);dis32bin(c);dis32bin(a^c);printf("\n=============================\n");int d = 0x0f;dis32bin(a);dis32bin(d);dis32bin(a^d);return 0;}
/*0000-0000 0000-0000 0000-0000 0101-01010000-0000 0000-0000 0000-0000 1111-11110000-0000 0000-0000 0000-0000 1010-1010=============================0000-0000 0000-0000 0000-0000 0101-01010000-0000 0000-0000 0000-0000 0000-00000000-0000 0000-0000 0000-0000 0101-0101=============================0000-0000 0000-0000 0000-0000 0101-01010000-0000 0000-0000 0000-0000 0000-11110000-0000 0000-0000 0000-0000 0101-1010*/
左移(<<)和右移(>>)
规则：使操作数的各位左移，低位补0，高位溢出。
移位大于32位时,对32求模运算.
左移不溢出的情况下：数字左移相当于乘以2^几次幂
void dis32bin(int data){int i = 32;while(i--){if(data & (1<<i))printf("1");elseprintf("0");if(i%4 == 0){if(i%8 == 0)printf(" ");elseprintf("-");}}putchar(10);}int main(){int a = 0x01;dis32bin(a);dis32bin(a<<1);dis32bin( (a<<31)+1 << 1);/*0000-0000 0000-0000 0000-0000 0000-00010000-0000 0000-0000 0000-0000 0000-00100000-0000 0000-0000 0000-0000 0000-0010*/dis32bin(a<<32);dis32bin(a<<33);dis32bin(a<<34);printf("a<<33 = %d\n",a<<32);printf("a<<33 = %d\n",a<<33);printf("a<<34 = %d\n",a<<34);/*0000-0000 0000-0000 0000-0000 0000-00010000-0000 0000-0000 0000-0000 0000-00100000-0000 0000-0000 0000-0000 0000-0100a<<33 = 1a<<33 = 2a<<34 = 4*/return 0;}
右移(>>)
规则：使操作数的各位右移，移除低位舍弃。
高位：
1.对无符号数和有符号中的整数补0；
2.有符号数中的负数，取决于所使用的系统；补0的称为逻辑右移，补1的称为算数右移
在不溢出的情况下，数字左移相当于除以2^几次幂
同样大于32时对32求模运算。
void dis32bin(int data){int i = 32;while(i--){if(data & (1<<i))printf("1");elseprintf("0");if(i%4 == 0){if(i%8 == 0)printf(" ");elseprintf("-");}}putchar(10);}int main(){//第一种情况：无符号数和有符号整数，高位补0，低位舍弃unsigned int a = 0x55;dis32bin(a);dis32bin(a>>4);int b = 1;dis32bin(b);dis32bin(b>>1);printf("\n===========================\n");//第二种情况：有符号中的负数：高位补0逻辑右移，高位补1，算数右移。int c = 0x800000f0;dis32bin(c);dis32bin(c>>1);dis32bin(c>>2);dis32bin(c>>3);return 0;}
/*0000-0000 0000-0000 0000-0000 0101-01010000-0000 0000-0000 0000-0000 0000-01010000-0000 0000-0000 0000-0000 0000-00010000-0000 0000-0000 0000-0000 0000-0000=======================================1000-0000 0000-0000 0000-0000 1111-00001100-0000 0000-0000 0000-0000 0111-10001110-0000 0000-0000 0000-0000 0011-11001111-0000 0000-0000 0000-0000 0001-1110*/
应用
掩码
用一个状态模拟8盏灯的状态操作。
0x55 = 0101 0101，1开 0关
需求在此基础上打开从右至左第四盏灯
void dis32bin(int data){int i = 32;while(i--){if(data & (1<<i))printf("1");elseprintf("0");if(i%4 == 0){if(i%8 == 0)printf(" ");elseprintf("-");}}putchar(10);}int main(){//0101 0101，int ch = 0x55;int mask = 1<<3;//从本身位置开始移动dis32bin(ch);ch = ch | mask;dis32bin(ch);/*0000-0000 0000-0000 0000-0000 0101-01010000-0000 0000-0000 0000-0000 0101-1101*/return 0;}
需求2:将从左至右第五位关闭
int main(){// 0101 0101// 1110 1111 求&运算即可//~0001 0000int ch = 0x55;int mask = ~(1<<4);dis32bin(ch);dis32bin(mask);ch = ch & mask;dis32bin(ch);return 0;}
/*0000-0000 0000-0000 0000-0000 0101-01011111-1111 1111-1111 1111-1111 1110-11110000-0000 0000-0000 0000-0000 0100-0101*/
需求3：从左至右将第三位，第五位关闭
原有状态：0101 0101
假设状态：1110 1011
假设取反：0001 0100
只需完成假设取反的状态和原有状态取反即可
1左移4位：0001 0000
1左移2位：0000 0100
<=> (1<<4) | (1<<2)
int main(){int ch = 0x55;int mask = ~ ( (1<<4) | (1<<3) );//ch = ch & mask;ch &= mask;dis32bin(ch);return 0;//0000-0000 0000-0000 0000-0000 0100-0001}
需求4：从左至右第三位到第六位反转
分析：
原有状态：0101 0101 ^异或运算
假设状态：0011 1100
目标状态：0110 1001
假设状态：0010 0000
假设状态：0001 0000
假设状态：0000 1000
假设状态：0000 0100
最终状态：0011 1100
int main(){ int ch = 0x55; int mask = (1<<5)|(1<<4)|(1<<3)|(1<<2); dis32bin(ch); ch ^= mask; dis32bin(mask); dis32bin(ch); return 0;/*0000-0000 0000-0000 0000-0000 0101-01010000-0000 0000-0000 0000-0000 0011-11000000-0000 0000-0000 0000-0000 0110-1001*/}查看某一位的状态
需求从左至右第五位的状态
分析：
原有状态：0101 0101
假设状态：0001 0000 求 & =1
int main(){int ch = 0x55;int mask = 1<<4;if(ch&mask)printf("此位为1\n");elseprintf("此位为0\n");return 0;//此位为1}
位操作的总结
1.你要操作的那几位
2.找到合适的掩码
3.找到合适的位运算
test:
从键盘输入一个整数，输出3-6位构成的数（从低位0号开始编号）
//先进行掩码的设置操作，之后在位移int main(){//0101 0101int a = 0x55;int mask = a<<3|a<<4|a<<5|a<<6;a &= mask;a >>= 3;printf("a = %d\n",a);}//先位移，在进行掩码的设置操作int main(){int a = 0x55;a >>= 3;int mask = 0x0f;a &= mask;printf("a = %d\n",a);return 0;}
优先级
() > 成员运算 > (!) 算术 > 关系 > 逻辑 > 赋值>() > 成员运算 > (~!) 算术 > 关系 > (>> <<) 位逻辑(& | ^) 逻辑 > 赋值>
循环移位
#include<stdio.h>void dis32bin(int data){int i = 32;while(i--){if(data & (1<<i))printf("1");elseprintf("0");if(i%4 == 0){if(i%8 == 0)printf(" ");elseprintf("-");}}putchar(10);}//用无符号的类型，避免了右移补1的问题void circleMove(unsigned int *pa,int n){n %= 32;if(n>0)//左移*pa = (*pa<<n) | (*pa>>(sizeof(*pa)*8-n));else//右移逻辑*pa = (*pa>>(-n)) | (*pa<<(sizeof(*pa)*8-(-n)));}int main(){int a = 0x80000001;//1000***0001circleMove(&a,1);dis32bin(a);return 0;}
无参交换
int mySwap(int *pa,int *pb){//引入第三者int t = *pa;*pa = *pb;*pb = t;}//以知两者的和，可以求任何其中之一,有益处的弊端int mySwap1(int *pa1,int *pb1){*pa1 = *pa1 + *pb1;*pb1 = *pa1 - *pb1;*pa1 = *pa1 - *pb1;}//x,y,x^y,三者之间两两求异或运算即可得到第三者。和加法的思路一样。int mySwap2(int *pa2,int *pb2){*pa2 = *pa2 ^ *pb2;*pb2 = *pa2 ^ *pb2;*pa2 = *pa2 ^ *pb2;/**pa2 ^= *pb2;*pb2 ^= *pa2;*pa2 ^= *pb2;*/}int main() {int a = 3;int b = 5;mySwap(&a,&b);return 0;}
异或加密(文本与二进制)
void encode(char *buf,char ch){int len = strlen(buf);for(int i = 0;i < len;i++){buf[i] ^= ch;}}void decode(char *buf,char ch){int len = strlen(buf);for(int i = 0;i < len;i++){buf[i] ^= ch;}}int main(){char buf[] = "I love C++";printf("buf = %s\n",buf);char ch = 'a';//这种只要传入相同的字符就会出错。encode(buf,ch);printf("buf = %s\n",buf);decode(buf,ch);printf("buf = %s\n",buf);return 0;}int a;a ^= a;printf("a = %d\n";a); //自身异或清零。
改进：
void encode(char *buf,char ch){int len = strlen(buf);for(int i = 0;i < len;i++){if(buf[i] == ch)continue;buf[i] ^= ch;}}void decode(char *buf,char ch){int len = strlen(buf);for(int i = 0;i < len;i++){if(buf[i] == ch)continue;buf[i] ^= ch;}}int main(){char buf[] = "I love C++";printf("buf = %s\n",buf);char ch = 'a';//这种只要传入相同的字符就会出错。encode(buf,ch);printf("buf = %s\n",buf);decode(buf,ch);printf("buf = %s\n",buf);return 0;}
升级：
#include<stdio.h>void encode(char *buf,char *px){int len = strlen(buf);int n = strlen(px);int j = 0;for(int i = 0;i < len;i++){if(buf[i] == px[j])j++;else{buf[i] ^= px[j++];if(j == n)j = 0;}}}void decode(char *buf,char *px){int len = strlen(buf);int n = strlen(px);int j = 0;for(int i = 0;i < len;i++){if(buf[i] == px[j])j++;else{buf[i] ^= px[j++];if(j == n)j = 0;}}}int main(){char buf[] = "i love you";char xx[] = "19920415";encode(buf,xx);printf("buf = %s\n",buf);char buf2[1024];scanf("%s",buf2);decode(buf,buf2);printf("buf = %s\n",buf);return 0;}
二进制加密没有上述是否相等问题。
循环移位加密
二进制加密：
void encode(char *buf,int n);void decode(char *buf,int n)int main(){FILE *pfr = fopen("01.png","rb+");if(pfr == NULL)exit(-1);FILE *pfw = fopen("02.png","wb+");if(pfw == NULL)exit(-1);/* 解密FILE *pfr = fopen("02.png","rb+");if(pfr == NULL)exit(-1);FILE *pfw = fopen("03.png","wb+");if(pfw == NULL)exit(-1);*/char buf[1024];int n;while((n = fread(buf,1,1024,pfr)) > 0){encode(buf,n);//decode(buf,n);解密fwrite(buf,1,n,pfw);}fclose(pfr);fclose(pfw);return 0;}void encode(char *buf,int n){for(int i = 0;i < n;i++){unsigned char ch = buf[i];buf[i] = ch<<1 | ch>>7;}}void decode(char *buf,int n){for(int i = 0;i < n;i++){unsigned char ch = buf[i];buf[i] = ch>>1 | ch<<7;}}
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