c语言的位操作指令,C语言位运算

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,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,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 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 ^ 具有一些特殊的应用,介绍如下:

① 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,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。

② 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 <

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, 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:

① 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位置1,其它位清0。

② PORTA = (1<<7)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1<<7操作,表示将0x01这个数左移7位,其值变成0x80,再将它赋予PORTA。

③ PORTA = (1<<7) | (1<< 3) | (1<< 2)给整个PORTA赋值,作用与②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:

1000 0000 (1<< 7)                0000 1000 (1<< 3)          |     0000 0100 (1<< 2)   PORTA =   1000 1100

④ 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 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。

⑤ PORTA & = (1<<7)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1<<7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。

⑥PORTA & = ~ (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”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。

⑦ PORTA | = (1<<7)等价于PORTA = PORTA | (1<<7),这里也是先执行括号中的1<<7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 = (1<<7) 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 =

(1<<7) 执行后,虽然某一位被置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

① 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|=(1<10us   PORTD &= ~(1<

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);

② 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&(1<

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&(1<

PIND     xxxx x0xx&          0000 0100   结果   =   0000 0000

也就是整个表达式的结果为0,(PIND&(1<

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