單片機的C語言中位操作用法

1、位運算符

C51提供了幾種位操作符，如下表所示：

1）“按位與”運算符（&）

參加運算的兩個數(shù)據(jù)，按二進位進行“與”運算。原則是全1為1,有0為0,即：

0&0=0; 0&1=0; 1&0=0; 1&1=1;

如下例：

a=5&3; //a=(0b 0101) & (0b 0011) =0b 0001 =1

那么如果參加運算的兩個數(shù)為負數(shù)，又該如何算呢？會以其補碼形式表示的二進制數(shù)來進行與運算。

a=-5&-3; //a=(0b 1011) & (0b1101) =0b 1001 =-7

在實際的應(yīng)用中與操作經(jīng)常被用于實現(xiàn)特定的功能：

1.清零

“按位與”通常被用來使變量中的某一位清零。如下例：

a=0xfe; //a=0b 11111110

a=a&0x55;

//使變量a的第1位、第3位、第5位、第7位清零a= 0b 01010100

2.檢測位

要知道一個變量中某一位是‘1’還是‘0’，可以使用與操作來實現(xiàn)。

a=0xf5; //a=0b 11110101

result=a&0x08; //檢測a的第三位,result=0

3.保留變量的某一位

要屏蔽某一個變量的其它位，而保留某些位，也可以使用與操作來實現(xiàn)。

a=0x55; //a=0b 01010101

a=a&0x0f; //將高四位清零，而保留低四位a=0x05

　2）“按位或”運算符（｜） 　　　　　　　　　　　

　　　　　　參與或操作的兩個位，只要有一個為‘1’，則結(jié)果為‘1’。即有‘1’為‘1’，全‘0’為‘0’。

　　　　　　　　　　　　　 0|0=0; 0|1=1; 1|0=1; 1|1=1;

例如：

　　　　　　　　a=0x30|0x0f; //a=(0b00110000)|(0b00001111)=(0b00111111)=0x3f

“按位或”運算最普遍的應(yīng)用就是對一個變量的某些位置‘1’。如下例：

a=0x00; //a=0b 00000000

a=a|0x7f; //將a的低7位置為1,a=0x7f

3)“異或”運算符（＾）

　　　　　　異或運算符＾又被稱為XOR運算符。當參與運算的兩個位相同（‘1’與‘1’或‘0’與‘0’）時結(jié)果為‘0’。不同時為‘1’。即相同為0，不同為1。

　　　　　 0^0=0; 0^1=1; 1^0=1;1^1=0;

例如：

　　　　　　　　a=0x55^0x3f; //a=(0b01010101)^(0b00111111)=(0b01101010)=0x6a

異或運算主要有以下幾種應(yīng)用：

　　　　　　1.翻轉(zhuǎn)某一位

　　　　　　　　　當一個位與‘1’作異或運算時結(jié)果就為此位翻轉(zhuǎn)后的值。如下例：

a=0x35; //a=0b00110101

a=a^0x0f; //a=0b00111010 a的低四位翻轉(zhuǎn)

　　　　　　　　　關(guān)于異或的這一作用，有一個典型的應(yīng)用，即取浮點的相反數(shù)，具體的實現(xiàn)如下：

f=1.23; //f為浮點型變量　值為1.23

f=f*-1; //f乘以-1，實現(xiàn)取其相反數(shù)，要進行一次乘運算

f=1.23;

((unsigned char *)&f)[0]^=0x80; //將浮點數(shù)f的符號位進行翻轉(zhuǎn)實現(xiàn)取相反數(shù)　　　　　　　

　　　　　　2.保留原值

　　　　　　　當一個位與‘0’作異或運算時，結(jié)果就為此位的值。如下例：

a=0xff; //a=0b11111111

a=a^0x0f; //a=0b11110000與0x0f作異或，高四位不變，低四位翻轉(zhuǎn)

　　　　　　3.交換兩個變量的值，而不用臨時變量

　　　　　　　要交換兩個變量的值，傳統(tǒng)的方法都需要一個臨時變量。實現(xiàn)如下：

void swap(unsigned char *pa,unsigned char *pb)

{

unsigned char temp=*pa;//定義臨時變量，將pa指向的變量值賦給它

*pa=*pb;

*pb=temp;　//變量值對調(diào)

}

而使用異或的方法來實現(xiàn)，就可以不用臨時變量，如下：

void swap_xor(unsigned char *pa,unsigned char *pb)

{

*pa=*pa^*pb;

*pb=*pa^*pb;

*pa=*pa^*pb; //采用異或?qū)崿F(xiàn)變量對調(diào)

}

從上例中可以看到異或運算在開發(fā)中是非常實用和神奇的。

　4）“取反”運算符（~）

　　　　　　　　　與其它運算符不同，“取反”運算符為單目運算符，即它的操作數(shù)只有一個。它的功能就是對操作數(shù)按位取反。也就是是‘1’得‘0’，是‘0’得‘1’。

　　　　　　　　　　　　 ~1=0; ~0=1;

如下例：

a=0xff; //a=0b11111111

a=~a; //a=0b00000000

1.對小于0的有符號整型變量取相反數(shù)

d=-1;

//d為有符號整型變量，賦值為-1，內(nèi)存表示為0b 11111111 11111111

d=~d+1; //取d的相反數(shù),d=1,內(nèi)存表示0b 00000000 00000001　　　　　　　　

　　此例運用了負整型數(shù)在內(nèi)存以補碼方式來存儲的這一原理來實現(xiàn)的。負數(shù)的補碼方式是這樣的：負數(shù)的絕對值的內(nèi)存表示取反加1，就為此負數(shù)的內(nèi)存表示。如-23如果為八位有符號整型數(shù)，則其絕對值23的內(nèi)存表示為0b00010111，對其取反則為0b11101000，再加1為0b11101001，即為0XE9，與Keil仿真結(jié)果是相吻合的：

　　　2.增強可移植性

　　　　　　　　　　關(guān)于“增強可移植性”用以下實例來講解：

　　　　　　　　　　假如在一種單片機中unsigned char類型是八個位（1個字節(jié)），那么一個此類型的變量a=0x67，對其最低位清零。則可以用以下方法：

a=0x67; //a=0b 0110 0111

a=a&0xfe; //a=0b 0110 0110

上面的程序似乎沒有什么問題，使用0xfe這一因子就可以實現(xiàn)一個unsigned char型的變量最低位清零。但如果在另一種單片機中的unsigned char類型被定義為16個位（兩個字節(jié)），那么這種方法就會出錯，如下：

b=0x6767; //假設(shè)b為另一種單片機中的unsigned char類型變量，值為0b 0110 0111 0110 0111

b=b&0xfe; //如果此時因子仍為0xfe的話，則結(jié)果就為0b 0000 0000 0110 0110即0x0066，而與0x6766不相吻合

上例中的問題就是因為不同環(huán)境中的數(shù)據(jù)類型差異所造成的，即程序的可移植性不好。對于這種情況可以采用如下方法來解決：

a=0x67; //a=0b 0110 0111

a=a&~1; //在不同的環(huán)境中~1將自動匹配運算因子，實現(xiàn)最后一位清零　a=0x66其中~1為0b 11111110

b=0x6767; //a=0b 0110 0111 0110 0111

b=a&~1; //~1=0b 1111 1111 1111 1110，b=0b 0110 0111 0110 0110，即0x6766

5）左移運算符（<<）

　　左移運算符用來將一個數(shù)的各位全部向左移若干位。如：

　　　　　　　　　 a=a<<2

表示將a的各位左移2位，右邊補0。如果a=34(0x22或0b00100010)，左移2位得0b10001000，即十進制的136。高位在左移后溢出，不起作用。

　　　　　　　　　　從上例可以看到，a被左移2位后，由34變?yōu)榱?36，是原來的4倍。而如果左移1位，就為0b01000100，即十進制的68，是原來的2倍，很顯然，左移N位，就等于乘以了2N。但一結(jié)論只適用于左移時被溢出的高位中不包含‘1’的情況。比如：

a=64; //a=0b 0100 0000

a=a<<2; //a=0b 0000 0000

其實可以這樣來想，a為unsigned char型變量，值為64，左移2位后等于乘以了4，即64X4＝256，而此種類型的變量在表達256時，就成為了0x00，產(chǎn)生了一個進位，即溢出了一個‘1’。

　　　　　　　　　　在作乘以2N這種操作時，如果使用左移，將比用乘法快得多。因此在程序中適應(yīng)的使用左移，可以提高程序的運行效率。

6）右移運算符

　　　　　　　　 右移與左移相類似，只是位移的方向不同。如：

　　　　　　　　　　　　　　　　　 a=a>>1

表示將a的各位向右移動1位。與左移相對應(yīng)的，左移一位就相當于除以2，右移N位，就相當于除以2N。

　　　　　　　　　 在右移的過程中，要注意的一個地方就是符號位問題。對于無符號數(shù)右移時左邊高位移和‘0’。對于有符號數(shù)來說，如果原來符號位為‘0’，則左邊高位為移入‘0’，而如果符號位為‘1’，則左邊移入‘0’還是‘1’就要看實際的編譯器了，移入‘0’的稱為“邏輯右移”，移入‘1’的稱為“算術(shù)右移”。Keil中采用“算術(shù)右移”的方式來進行編譯。如下：

d=-32; //d為有符號整型變量，值為-32，內(nèi)存表示為0b 11100000

d=d>>1;//右移一位d為0b 11110000即-16，Keil采用"算術(shù)邏輯"進行編譯

7）位運算賦值運算符

　　　　　　　　　　在對一個變量進行了位操作中，要將其結(jié)果再賦給該變量，就可以使用位運算賦值運算符。位運算賦值運算符如下：

&=, |=,^=,~=,<<=, >>=

例如：a&=b相當于a=a&b,a>>=2相當于a>>=2。

　　8）不同長度的數(shù)據(jù)進行位運算

　　　　　　　　　　如果參與運算的兩個數(shù)據(jù)的長度不同時，如a為char型，b為int型，則編譯器會將二者按右端補齊。如果a為正數(shù)，則會在左邊補滿‘0’。若a為負數(shù)，左邊補滿‘1’。如果a為無符號整型，則左邊會添滿‘0’。

a=0x00; //a=0b 00000000

d=0xffff; //d=0b 11111111 11111111

d&=a; //a為無符號型，左邊添0，補齊為0b 00000000 00000000，d=0b 00000000 00000000