第11章C語言的最小數(shù)據(jù)單位——位

1、1第第1111章章 C C語言的最小數(shù)據(jù)單位語言的最小數(shù)據(jù)單位位位 2第第1111章章 C C語言的最小數(shù)據(jù)單位語言的最小數(shù)據(jù)單位位位 n11.1 位運(yùn)算基礎(chǔ) n11.2 位運(yùn)算符 n11.3 位運(yùn)算實(shí)例 n11.4 位段 n11.5 小結(jié) 311.1 位運(yùn)算基礎(chǔ) n11.1.1 位與字節(jié)n11.1.2 原碼n11.1.3 反碼n11.1.4 補(bǔ)碼 411.1.1 位與字節(jié)n位（bit）：表示一個(gè)二進(jìn)制數(shù)碼0或1，是電子計(jì)算機(jī)中最小的數(shù)據(jù)單位。n字節(jié)(Byte)：8個(gè)二進(jìn)制位構(gòu)成1個(gè)“字節(jié)”，它表示作為一個(gè)完整處理單位的8個(gè)二進(jìn)制數(shù)碼。它是存儲(chǔ)空間的基本計(jì)量單位。其中，最右邊的一位稱為“最低有

2、效位”或“最低位”。最左面的一位稱為“最高有效位”或“最高位”，如圖所示：511.1.2 原碼n原碼表示是機(jī)器數(shù)的一種簡單的表示法。其符號(hào)位用0表示正號(hào)，用1表示負(fù)號(hào)，數(shù)值用二進(jìn)制形式表示。設(shè)有一數(shù)為X，則原碼表示可記作（X）原。例如：（11）原=00001011（-11）原=10001011n原碼表示數(shù)的范圍與二進(jìn)制位數(shù)有關(guān)。當(dāng)用8位二進(jìn)制來表示整數(shù)原碼時(shí)，其表示范圍：n最大值為01111111，其真值為（127）10。最小值為11111111，其真值為（-127）10。對0有兩種表示形式：n（+0）原=00000000n（-0）原=10000000n+0和-0代表的都是0，但表示方法卻有兩

3、種。 611.1.3 反碼n用原碼進(jìn)行兩個(gè)整數(shù)的加法運(yùn)算中沒有問題，問題出現(xiàn)在帶符號(hào)位的負(fù)數(shù)身上。為了解決這個(gè)問題，可對除符號(hào)位外的其余各位逐位取反，就產(chǎn)生了反碼。 n機(jī)器數(shù)的反碼可由原碼得到。如果機(jī)器數(shù)是正數(shù)，則該機(jī)器數(shù)的反碼與原碼相同，如果機(jī)器數(shù)是負(fù)數(shù)，則該機(jī)器數(shù)的反碼是對它的原碼（符號(hào)位除外）各位取反而得到的。設(shè)有一數(shù)X，則X的反碼表示記作（X）反。例如：（11）反=（00001011）原=00001011（-11）反=（10001011）原=11110100711.1.4 補(bǔ)碼n在反碼中0還是有正負(fù)之分。而在人們的計(jì)算概念中零是沒有正負(fù)之分的。n另外，原碼和反碼不便于計(jì)算機(jī)內(nèi)的運(yùn)算，因

4、為在計(jì)算時(shí)要單獨(dú)處理符號(hào)位，這很不方便。要是有一種方法能將符號(hào)位和其它位統(tǒng)一處理、對減法也按加法處理就好了。n為了解決這個(gè)問題于是就引入了補(bǔ)碼概念。所以補(bǔ)碼的設(shè)計(jì)目的是：n（1）使符號(hào)位能與有效值部分一起參加運(yùn)算，從而簡化運(yùn)算規(guī)則。補(bǔ)碼機(jī)器數(shù)中的符號(hào)位，并不是強(qiáng)加上去的，是數(shù)據(jù)本身的自然組成部分，可以正常地參與運(yùn)算。n（2）使減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算，進(jìn)一步簡化計(jì)算機(jī)中運(yùn)算器的線路設(shè)計(jì)。 n機(jī)器數(shù)的補(bǔ)碼可由原碼得到。如果機(jī)器數(shù)是正數(shù)，則該機(jī)器數(shù)的補(bǔ)碼與原碼一樣，如果機(jī)器數(shù)是負(fù)數(shù)，則該機(jī)器數(shù)的補(bǔ)碼是對它的原碼（除符號(hào)位外）各位取反后整個(gè)數(shù)加1得到的。 811.2 位運(yùn)算符n11.2.1 按位與運(yùn)算

5、符n11.2.2 按位或運(yùn)算符n11.2.3 按位異或運(yùn)算符n11.2.4 按位取反運(yùn)算符n11.2.5 左移運(yùn)算符n11.2.6 右移運(yùn)算符 911.2.1 按位與運(yùn)算符n按位與運(yùn)算符“&”是雙目運(yùn)算符。其功能是參與運(yùn)算的兩數(shù)各對應(yīng)的二進(jìn)制位進(jìn)行“與”運(yùn)算。即只有對應(yīng)的兩個(gè)二進(jìn)制位均為1時(shí)，結(jié)果位才為1，否則為0。參與運(yùn)算的數(shù)以補(bǔ)碼方式出現(xiàn)。即：0&0=0 0&1=0 1&0=0 1&1=1【例11-1】本實(shí)例演示了求9&5。n按位與運(yùn)算符“&”有以下應(yīng)用：n（1）清0 n（2）保留某些位）保留某些位 n（3）取某個(gè)數(shù)中某些指定位 10

6、11.2.2 按位或運(yùn)算符n按位或運(yùn)算符“|”是雙目運(yùn)算符。其功能是參與運(yùn)算的兩數(shù)各對應(yīng)的二進(jìn)制位相或。只要對應(yīng)的二個(gè)二進(jìn)制位有一個(gè)為1時(shí)，結(jié)果位就為1，否則為零。參與運(yùn)算的兩個(gè)數(shù)均以補(bǔ)碼出現(xiàn)。即：0|0=0 0|1=1 1|0=1 1|1=1【例11-2】本實(shí)例演示了求9|5。 1111.2.3 按位異或運(yùn)算符n按位異或運(yùn)算符“”是雙目運(yùn)算符。其功能是參與運(yùn)算的兩數(shù)各對應(yīng)的二進(jìn)制位相異或，即當(dāng)兩個(gè)對應(yīng)的二進(jìn)制位相異時(shí)，結(jié)果為1，否則為0。參與運(yùn)算數(shù)仍以補(bǔ)碼出現(xiàn)。即：00=0 01=1 10=1 11=0【例11-3】本實(shí)例演示了求95。1211.2.4 按位取反運(yùn)算符n按位取反運(yùn)算符“”是單

7、目運(yùn)算符，具有右結(jié)合性。其功能是對參與運(yùn)算數(shù)的各個(gè)位按位求反，即0變?yōu)?，1變?yōu)?。如9的運(yùn)算為： (00001001)結(jié)果為：11110110。 1311.2.5 左移運(yùn)算符n左移運(yùn)算符“”是雙目運(yùn)算符。其功能把“”左邊運(yùn)算數(shù)的各二進(jìn)制位全部左移若干位，由“”是雙目運(yùn)算符。其功能是把“”左邊的運(yùn)算數(shù)的各二進(jìn)制位全部右移若干位，“”右邊的數(shù)指定移動(dòng)的位數(shù)。n在右移時(shí)，符號(hào)位將隨同移動(dòng)。當(dāng)為正數(shù)時(shí)，最高位補(bǔ)0，而為負(fù)數(shù)時(shí)，符號(hào)位為1，最高位是補(bǔ)0或是補(bǔ)1取決于編譯系統(tǒng)的規(guī)定。Turbo C和很多系統(tǒng)規(guī)定為補(bǔ)1。n右移一位就相當(dāng)于該數(shù)除以2，右移n位就相當(dāng)于該數(shù)除以2n。上面的例子中15左移2位后

8、變成3=15/22。 【例11-4】本實(shí)例演示了無符號(hào)整數(shù)的右移運(yùn)算?！纠?1-5】本實(shí)例演示了有符號(hào)整數(shù)的右移運(yùn)算。 1511.3 位運(yùn)算實(shí)例n【例11-6】基本思路：由上節(jié)的學(xué)習(xí)可知，如果想保留一個(gè)數(shù)的某些位，就讓這個(gè)數(shù)和一個(gè)新數(shù)做與運(yùn)算，原數(shù)中想保留的位在新數(shù)中相應(yīng)的位為“1”、其他位在新數(shù)中相應(yīng)的位為“0”。 n【例11-7】基本思路：構(gòu)造一個(gè)新數(shù)，最高位“1”，剩下所有位為“0”。因?yàn)橐獜母叩降洼敵稣麛?shù)的各二進(jìn)制位，也就是要保留當(dāng)前數(shù)的最高一位。每次將當(dāng)前的最高位取出（保留），并輸出后再將該數(shù)左移1位，然后將當(dāng)前按最高位保留輸出后，將該數(shù)左移1位，直到所有位輸出為止。1611.4

9、位段n11.4.1 位段基礎(chǔ)知識(shí)n11.4.2 位段的引用1711.4.1 位段基礎(chǔ)知識(shí)n所謂“位段”，又稱為“位域”或“位字段”，是把一個(gè)字節(jié)中的二進(jìn)制位劃分為幾個(gè)不同的區(qū)域，并說明每個(gè)區(qū)域的位數(shù)。每個(gè)域有一個(gè)域名，允許在程序中按域名進(jìn)行操作。這樣就可以把幾個(gè)不同的對象用一個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制位域來表示。n位段是一種特殊形式的結(jié)構(gòu)體類型中的成員，它和前面介紹的結(jié)構(gòu)體類型的不同之處是以位為單位來定義結(jié)構(gòu)體成員的長度。n位段定義與結(jié)構(gòu)體定義相仿，其形式為：struct 位段結(jié)構(gòu)名 位域列表 ;n其中位域列表的形式為： 類型說明符 位域名：位域長度； 1811.4.2 位段的引用n位段的引用和結(jié)構(gòu)成員的引用相同，其一般形式為：位段變量名.位段名。例如：data.a，data.bn位段可以賦值，例如：data.a=54;data.b=3;【例11-8】本實(shí)例演示了位段的引用。 1911.5 小結(jié)