单片机的C语言中位操作用法

在对单处机进行编程的过程中，对位的操作是经常遇到的。C51对位的操控能力是非常强大的。从这一点上，就可以看出C不光具有高级语言的灵活性，又有低级语言贴近硬件的特点。这也是在各个领域中都可以看到C的重要原因。在这一节中将详细讲解C51中的位操作及其应用。
、位运算符
C51提供了几种位操作符，如下表所示：
运算符
含义
运算符
含义
&
按位与
~
取反
|
按位或
<<
左移
^
按位异或
>>
右移
）“按位与”运算符（&）
参加运算的两个数据，按二进位进行“与”运算。原则是全1为1,有0为0,即：
&=; &=; &=; &=;
如下例：
a=&; //a=(0b 0101) & (0b 0011) =0b 0001 =1
那么如果参加运算的两个数为负数，又该如何算呢？会以其补码形式表示的二进制数来进行与运算。
a=-&-; //a=(0b 1011) & (0b1101) =0b 1001 =-7
在实际的应用中与操作经常被用于实现特定的功能：
.清零
“按位与”通常被用来使变量中的某一位清零。如下例：
a=0xfe; //a=0b 11111110
a=a&0x55;
//使变量a的第1位、第3位、第5位、第7位清零 a= 0b 01010100
.检测位
要知道一个变量中某一位是‘’还是‘’，可以使用与操作来实现。
a=0xf5; //a=0b 11110101
result=a&0x08; //检测a的第三位,result=0
.保留变量的某一位
要屏蔽某一个变量的其它位，而保留某些位，也可以使用与操作来实现。
a=0x55; //a=0b 01010101
a=a&0x0f; //将高四位清零，而保留低四位 a=0x05
　）“按位或”运算符（｜） 　　　　　　　　　　　
　　　　　　参与或操作的两个位，只要有一个为‘’，则结果为‘’。即有‘’为‘’，全‘’为‘’。
　　　　　　　　　　　　　 |=; |=; |=; |=;
例如：
　　　　　　　　a=0x30|0x0f; //a=(0b00110000)|(0b00001111)=(0b00111111)=0x3f
“按位或”运算最普遍的应用就是对一个变量的某些位置‘’。如下例：
a=0x00; //a=0b 00000000
a=a|0x7f; //将a的低7位置为1,a=0x7f
)“异或”运算符（＾）
　　　　　　异或运算符＾又被称为XOR运算符。当参与运算的两个位相同（‘’与‘’或‘’与‘’）时结果为‘’。不同时为‘’。即相同为0，不同为1。
　　　　　 ^=; ^=; ^=;^=;
例如：
　　　　　　　　a=0x55^0x3f; //a=(0b01010101)^(0b00111111)=(0b01101010)=0x6a
异或运算主要有以下几种应用：
　　　　　　.翻转某一位
　　　　　　　　　当一个位与‘’作异或运算时结果就为此位翻转后的值。如下例：
a=0x35; //a=0b00110101
a=a^0x0f; //a=0b00111010 a的低四位翻转
　　　　　　　　　关于异或的这一作用，有一个典型的应用，即取浮点的相反数，具体的实现如下：
f=1.23; //f为浮点型变量　值为1.23
f=f*-; //f乘以-1，实现取其相反数，要进行一次乘运算
f=1.23;
((unsigned char *)&f)[]^=0x80; //将浮点数f的符号位进行翻转实现取相反数　　　　　　　
　　　　　　.保留原值
　　　　　　　当一个位与‘’作异或运算时，结果就为此位的值。如下例：
a=0xff; //a=0b11111111
a=a^0x0f; //a=0b11110000 与0x0f作异或，高四位不变，低四位翻转
　　　　　　.交换两个变量的值，而不用临时变量
　　　　　　　要交换两个变量的值，传统的方法都需要一个临时变量。实现如下：
void swap(unsigned char *pa,unsigned char *pb)
{
unsigned char temp=*pa;//定义临时变量，将pa指向的变量值赋给它
*pa=*pb;
*pb=temp;　//变量值对调
}
而使用异或的方法来实现，就可以不用临时变量，如下：
void swap_xor(unsigned char *pa,unsigned char *pb)
{
*pa=*pa^*pb;
*pb=*pa^*pb;
*pa=*pa^*pb; //采用异或实现变量对调
}
从上例中可以看到异或运算在开发中是非常实用和神奇的。
　）“取反”运算符（~）
　　　　　　　　　与其它运算符不同，“取反”运算符为单目运算符，即它的操作数只有一个。它的功能就是对操作数按位取反。也就是是‘’得‘’，是‘’得‘’。
　　　　　　　　　　　　 ~=; ~=;
如下例：
a=0xff; //a=0b11111111
a=~a; //a=0b00000000
.对小于0的有符号整型变量取相反数
d=-;
//d为有符号整型变量，赋值为-1，内存表示为0b 11111111 11111111
d=~d+; //取d的相反数,d=1,内存表示0b 00000000 00000001　　　　　　　　
　　此例运用了负整型数在内存以补码方式来存储的这一原理来实现的。负数的补码方式是这样的：负数的绝对值的内存表示取反加1，就为此负数的内存表示。如-23如果为八位有符号整型数，则其绝对值23的内存表示为0b00010111，对其取反则为0b11101000，再加1为0b11101001，即为0XE9，与Keil仿真结果是相吻合的：
　　　.增强可移植性
　　　　　　　　　　关于“增强可移植性”用以下实例来讲解：
　　　　　　　　　　假如在一种单片机中unsigned char类型是八个位（1个字节），那么一个此类型的变量a=0x67，对其最低位清零。则可以用以下方法：
a=0x67; //a=0b 0110 0111
a=a&0xfe; //a=0b 0110 0110
上面的程序似乎没有什么问题，使用0xfe这一因子就可以实现一个unsigned char型的变量最低位清零。但如果在另一种单片机中的unsigned char类型被定义为16个位（两个字节），那么这种方法就会出错，如下：
b=0x6767; //假设b为另一种单片机中的unsigned char 类型变量，值为0b 0110 0111 0110 0111
b=b&0xfe; //如果此时因子仍为0xfe的话，则结果就为0b 0000 0000 0110 0110 即0x0066，而与0x6766不相吻合
上例中的问题就是因为不同环境中的数据类型差异所造成的，即程序的可移植性不好。对于这种情况可以采用如下方法来解决：
a=0x67; //a=0b 0110 0111
a=a&~; //在不同的环境中~1将自动匹配运算因子，实现最后一位清零　a=0x66 其中~1为 0b 11111110
b=0x6767; //a=0b 0110 0111 0110 0111
b=a&~; //~1=0b 1111 1111 1111 1110，b=0b 0110 0111 0110 0110 ，即0x6766
）左移运算符（<<）
　　左移运算符用来将一个数的各位全部向左移若干位。如：
　　　　　　　　　 a=a<<
表示将a的各位左移2位，右边补0。如果a=(0x22或0b00100010)，左移2位得0b10001000，即十进制的136。高位在左移后溢出，不起作用。
　　　　　　　　　　从上例可以看到，a被左移2位后，由34变为了136，是原来的4倍。而如果左移1位，就为0b01000100，即十进制的68，是原来的2倍，很显然，左移N位，就等于乘以了2N。但一结论只适用于左移时被溢出的高位中不包含‘’的情况。比如：
a=; //a=0b 0100 0000
a=a<<; //a=0b 0000 0000
其实可以这样来想，a为unsigned char型变量，值为64，左移2位后等于乘以了4，即64X4＝，而此种类型的变量在表达256时，就成为了0x00，产生了一个进位，即溢出了一个‘’。
　　　　　　　　　　在作乘以2N这种操作时，如果使用左移，将比用乘法快得多。因此在程序中适应的使用左移，可以提高程序的运行效率。
）右移运算符
　　　　　　　　 右移与左移相类似，只是位移的方向不同。如：a=a>>
表示将a的各位向右移动1位。与左移相对应的，左移一位就相当于除以2，右移N位，就相当于除以2N。
　　　　　　　　　 在右移的过程中，要注意的一个地方就是符号位问题。对于无符号数右移时左边高位移和‘’。对于有符号数来说，如果原来符号位为‘’，则左边高位为移入‘’，而如果符号位为‘’，则左边移入‘’还是‘’就要看实际的编译器了，移入‘’的称为“逻辑右移”，移入‘’的称为“算术右移”。Keil中采用“算术右移”的方式来进行编译。如下：
d=-; //d为有符号整型变量，值为-32，内存表示为0b 11100000
d=d>>;//右移一位 d为 0b 11110000 即-16，Keil采用"算术逻辑"进行编译
）位运算赋值运算符
　　　　　　　　　　在对一个变量进行了位操作中，要将其结果再赋给该变量，就可以使用位运算赋值运算符。位运算赋值运算符如下：
&=, |=,^=,~=,<<=, >>=
例如：a&=b相当于a=a&b,a>>=2相当于a>>=。
　　）不同长度的数据进行位运算
　　　　　　　　　　如果参与运算的两个数据的长度不同时，如a为char型，b为int型，则编译器会将二者按右端补齐。如果a为正数，则会在左边补满‘’。若a为负数，左边补满‘’。如果a为无符号整型，则左边会添满‘’。
a=0x00; //a=0b 00000000
d=0xffff; //d=0b 11111111 11111111
d&=a; //a为无符号型，左边添0，补齐为0b 00000000 00000000，d=0b 00000000 00000000