C语言中的按位移动及其简单应用

在C语言中按位左移用”<<”表示,按位右移用”>>”表示。

按位左移和按位右移运算经常被用来替换乘二和除二运算,但是要注意,这两者之间并不完全等价。下面就分析一下:

首先明确,按位移动分为逻辑移动和算术移动,具体就是:逻辑左移、算术左移;逻辑右移、算术右移。

算术左移、算术右移、逻辑左移、逻辑右移的操作如下图:

可以看到,逻辑左移=算术左移:都是左移然后右边补零

算术右移和逻辑右移有所区别:逻辑右移是右移并且左边补0,而算术左移是右移并且左边补1(也就是补符号位)

C语言中:左移采用的逻辑左移(和算术左移的效果相同)和算术右移。由于算术左移和逻辑左移的效果相同,所以我们可以认为,C语言中采用的是算术移动(对于有符号数而言)。

那么算术左移、算术右移和乘二、除二运算结果是否一致呢?

先来看左移:

先给出结论:无论是正数还是负数,只要结果不溢出(也就是不超过取值范围)结果就是乘2。

比如:

输出为:

对于结果溢出的(也就是超出取值范围的),比如:

输出为:

发现没,两个结果都不对,因为char是8位的,表示范围为-128~127,结果产生溢出了。那为什么会产生这样的结果呢?

a = 65. 二进制位:0100 0001

逻辑左移一位结果为: 1000 0010 ,我们发现,这个数的符号位变成了1,也就是负数了,就是-126。细心的人也会发现,理想结果130、实际结果 -126、27,这三者之间貌似有某种联系,的确有联系,这里就不深究了。

再来看看右移:

先给结论:首先,右移,并不会造成结果溢出的情况。对于正数,放心大胆地去右移吧,结果都相当于除二;但是对于负数,结果不一定相等,最好不要用右移代替除二。

比如:对于正数

输出为:

结果都是正确的。

但是对于负数,比如:

输出为:

可以看到对于偶数的结果是正确的。但是对于奇数,结果的绝对值比除二的结果的绝对值大1。

那么能否实现逻辑右移呢?

上面提到了C语言中采用的是算术右移,那么有没有办法实现逻辑右移呢?可以的。

我们需要注意一下无符号数,无符号数并没有符号位,所以对无符号数进行的位移都是逻辑位移。对于一个有符号数,如果我们想对他进行逻辑右移,那么我们可以先将该数转换成对应对的无符号数,然后再进行右移操作。

比如对于char a = -6。

二进制位 1111 1010

如果是算术右移,结果应该为: 1111 1101 也就是-3

如果是逻辑右移,结果应该为: 0111 110 也就是125

下面我们验证一下:

输出为:

正确

位移运算的简单应用

有这样一个题,要求是将一个int型的数据转换成二进制和16进制的字符串输出。

比如对于整型量456789

我们要输出:(空格不用了)

00000000  00000110  11111000  01010101

0x0006F855

对于求二进制,该数在内存中就是二进制的表示,我们只需要把每一位变成字符然后存到字符数组中即可,方法就是按位与和位移相结合,比如我们想得到第一个位(最高位),那么我们可以先按位与上10000000 00000000 00000000 00000000 然后将结果按位右移31位(需要注意,应该是采用逻辑右移,而不是算术右移,也就是前面要补0,而不是补1,方法是上面提到的,先将该数转换成无符号数),就得到了第一位的值,之后转换成字符即可。

对于求16进制,我们则需要以四个二进制位为一个单位,方法类似,思路就是想办法把当前要转换的四个二进制位移动到最低四位,因此我们可以用一个char来保存8位二进制,然后想办法把高四位置为0,把待转换的四位放到第四位。

比如说,我们现在想转换标红的部分

00000000  00000110  11111000  01010101

应该是转换成F,那么怎么转换呢?

首先我们先将该数左移16位,也就是4*4位,改数就变成了

11111000  01010101 00000000 00000000

然后我们在右移28位,也就是32-4位(特别注意,这里应该是逻辑右移,而不是算术右移,也就是要保证前面补0,而不是补1,方法就是上面提到的,先将该数转换成无符号数,然后再右移)

结果为:

00000000 00000000 00000000 00001111

最后在用char类型将数据的低8位截断,并转换成字符F即可。

源代码如下:

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#include <stdlib.h>

char *get_bin_string(int num)

{

    unsigned int u_num = (unsigned int)num;

    char *buffer = (char *)malloc();

    if(buffer == NULL)

         return NULL;

    buffer[] = '\0';

    int i = ;

    for(;i < ;i++)

    {

         unsigned int temp = u_num &(<<( - i));

         temp = temp>>(-i);

         buffer[i] = temp ==  ? '':'';

    }

    return buffer;

}

char *get_hex_string(int num)

{

    unsigned int u_num = (unsigned int)num;

    char *buffer = (char *)malloc();

    if(buffer == NULL)

         return NULL;

    //填写固定的部分

    buffer[] = '';

    buffer[] = 'x';

    buffer[] = '\0';

    char *temp = buffer + ;

    int i = ;

    for(;i < ;i++)

    {

         unsigned int af = u_num<<( * i);

         af = af >> ;

         temp[i] = (char)(u_num<<( * i)>>);

         temp[i] = temp[i] <  ? temp[i] +  :temp[i] + ;

    }

    return buffer;

}

int main()

{

    int num = ;

    char *bin = get_bin_string(num);

    char *hex = get_hex_string(num);

    printf("二进制为:%s\n",bin);

    printf("十六进制为:%s\n",hex);

    free(hex);

    free(bin);

    return ;

}

最后再强调一下,右移的时候一定要考虑清楚,我们是想要前面补0还是补1,也就是采用逻辑右移还是算术右移,如果是采用逻辑右移,要先将该数转换成无符号数。

就到这里了。

最后附上word文件和源代码文件

链接:http://pan.baidu.com/s/1nuYBXjj 密码:5huf

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