C语言按位操作符

在C语言中，按位操作符直接对整数的二进制位（bit）进行操作，常用于底层编程、硬件控制或性能优化场景。以下是按位操作符的具体说明和用法：

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1. 按位操作符列表

操作符名称功能描述示例&按位与对应位均为1时结果为1，否则为0a & b``按位或对应位至少一个为1时结果为1`ab`^按位异或对应位不同时结果为1，相同时为0a ^ b~按位取反全部位取反（0变1，1变0）~a<<左移全部位向左移动，低位补0a << n>>右移全部位向右移动，高位补符号位或0a >> n

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2. 按位操作符详解

(1) 按位与（&）

• 功能：逐位比力两个操作数，只有当对应位均为1时，结果的该位为1。
  
• 示例：
  
  1. int a = 5;    // 二进制: 0101
  2. int b = 3;    // 二进制: 0011
  3. int c = a & b; // 结果: 0001 (十进制1)
  4. printf("%d\n", c); // 输出: 1

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• 典型用途：
  
  
  
  • 掩码操作（提取某些位）。
    
  • 判定奇偶（a & 1 结果为1则是奇数，0则是偶数）。
    
  
  

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(2) 按位或（|）

• 功能：逐位比力两个操作数，只要对应位有一个为1，结果的该位为1。
  
• 示例：
  
  1. int a = 5;    // 0101
  2. int b = 3;    // 0011
  3. int c = a | b; // 0111 (十进制7)
  4. printf("%d\n", c); // 输出: 7

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• 典型用途：
  
  
  
  • 设置某些位为1（如权限控制）。
    
  
  

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(3) 按位异或（^）

• 功能：逐位比力两个操作数，对应位不同时结果为1，相同时为0。
  
• 示例：
  
  1. int a = 5;    // 0101
  2. int b = 3;    // 0011
  3. int c = a ^ b; // 0110 (十进制6)
  4. printf("%d\n", c); // 输出: 6

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• 特性：
  
  
  
  • 任何数异或自己结果为0（a ^ a = 0）。
    
  • 异或0即是原数（a ^ 0 = a）。
    
  
  
• 典型用途：
  
  
  
  • 交换两个变量的值（无需临时变量）：
    
    1. a = a ^ b;
    2. b = a ^ b;
    3. a = a ^ b;

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  • 数据加密/简朴校验。
    
  
  

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(4) 按位取反（~）

• 功能：对操作数的全部位取反（0变1，1变0）。
  
• 示例：
  
  1. int a = 5;    // 二进制: 0000 0101
  2. int b = ~a;   // 取反: 1111 1010 (补码表示，实际值为-6)
  3. printf("%d\n", b); // 输出: -6

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• 注意：
  
  
  
  • 结果取决于变量的范例（如unsigned int和int的结果大概不同）。
    
  
  

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(5) 左移（<<）

• 功能：将操作数的全部位向左移动指定位数，低位补0。
  
• 示例：
  
  1. int a = 3;    // 二进制: 0011
  2. int b = a << 2; // 左移2位: 1100 (十进制12)
  3. printf("%d\n", b); // 输出: 12

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• 特性：
  
  
  
  • 左移1位相称于乘以2（a << n ≈ a * 2^n）。
    
  
  
• 用途：
  
  
  
  • 快速盘算2的幂次。
    
  
  

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(6) 右移（>>）

• 功能：将操作数的全部位向右移动指定位数，高位补符号位（算术右移）或0（逻辑右移）。
  
• 示例：
  
  1. int a = 16;   // 二进制: 0001 0000
  2. int b = a >> 2; // 右移2位: 0000 0100 (十进制4)
  3. printf("%d\n", b); // 输出: 4

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• 特性：
  
  
  
  • 右移1位相称于除以2（a >> n ≈ a / 2^n）。
    
  
  
• 注意：
  
  
  
  • 对有符号数，右移行为依靠编译器（通常补符号位）。
    
  
  

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3. 常见应用场景

• 掩码操作（提取/设置特定位）
  
  1. // 提取低4位
  2. int mask = 0x0F; // 0000 1111
  3. int value = 0x5A; // 0101 1010
  4. int low_bits = value & mask; // 0000 1010 (0xA)

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• 快速乘除2的幂次
  
  1. int a = 10;
  2. int double_a = a << 1; // 20
  3. int half_a = a >> 1;   // 5

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• 交换变量（无临时变量）
  
  1. int x = 10, y = 20;
  2. x = x ^ y;
  3. y = x ^ y;
  4. x = x ^ y;

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• 权限控制（用位表示开关）
  
  1. #define READ   0x1  // 0001
  2. #define WRITE  0x2  // 0010
  3. #define EXEC   0x4  // 0100
  5. int permissions = READ | WRITE; // 0011 (可读可写)
  6. if (permissions & READ) { ... } // 检查读权限

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4. 注意事项

• 区分逻辑操作符（&&、||）和按位操作符（&、|）
  
  
  
  • 逻辑操作符返回0或1，按位操作符返回整数。
    
  • 示例：
    
    1. int a = 2, b = 3;
    2. printf("%d\n", a & b);  // 按位与: 2 (二进制 10 & 11 = 10)
    3. printf("%d\n", a && b); // 逻辑与: 1 (因为a和b均非零)

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• 移位操作的未定义行为
  
  
  
  • 如果右移负数或左移凌驾位数，结果大概未定义（编译器依靠）。
    
  
  
• 无符号数右移补0
  
  
  
  • 对unsigned int，右移高位补0；对signed int，通常补符号位。
    
  
  

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5. 总结

操作符用途示例&掩码、判定奇偶a & 0x01``设置特定位`flagsREAD`^交换变量、简朴加密a ^ b~位取反~a<<快速乘以2的幂次a << 3>>快速除以2的幂次a >> 2 按位操作符是C语言底层编程的核心工具，合理利用可以提升代码效率和灵活性。

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