C程序設(shè)計教案(第9章第1次)

PAGEPAGE4PAGE4周次：第周課次：第一課授課時間：年月日章節(jié)內(nèi)容：第9章位運算教學(xué)目標：通過本章的學(xué)習(xí)，要求能理解二進制位運算操作和位段結(jié)構(gòu)，能熟練使用位運算符進行程序設(shè)計的方法，學(xué)習(xí)位操作能夠為硬件平臺的程序設(shè)計奠定基礎(chǔ)。為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)起到鋪墊作用。教學(xué)重點：掌握位邏輯運算；掌握移位運算；掌握復(fù)合賦值位運算。教學(xué)難點：掌握不等長數(shù)據(jù)的位運算。理解位段的結(jié)構(gòu)、存儲及使用教學(xué)方法和授課手段多媒體教室，電子課件。教學(xué)過程：預(yù)備(復(fù)習(xí))：結(jié)構(gòu)體、共用體、枚舉類型。（5分鐘）課前提問(5分鐘)課程引入：介紹二進制運算的基本知識，原碼，反碼，補碼。（10分鐘）課程新授：（60分鐘）9.1位運算的C程序?qū)嵗贿\算引例【例9.1】一個簡單的位運算C程序/* 源文件名：Li9_1.c 功能：從鍵盤輸入兩個整數(shù)a和b，分別對其進行位運算。*/#include<stdio.h>voidmain(){ inta,b; inte,f,g,h,i; puts("請輸入整數(shù)a和b："); /*打印輸出一串字符串*/ scanf("%d%d",&a,&b); /*假如這里輸入的值為a=2，b=3*//*那么轉(zhuǎn)化為二進制位有a=(00000010)2,b=(00000011)2,進行如下運算*/ e=a|b; /*a與b進行或運算，結(jié)果存入到變量e中*/ f=a&b; /*a與b進行與運算，結(jié)果存入到變量f中*/ g=a^b; /*a與b進行異或運算，結(jié)果存入到變量g中*/ h=~a; /*對a進行取反運算，結(jié)果存入到變量h中*/ i=b<<2; /*對b進行左移2位運算，結(jié)果存入到變量i中*/ printf("e=%d\n",e); printf("f=%d\n",f); printf("g=%d\n",g); printf("h=%d\n",h); printf("i=%d\n",i);}9.2二進制位運算9.2.位邏輯運算用來對某一個或某一對二進制位進行操作，其運算符有以下幾個：～表示按位取反&表示按位與∣表示按位或^表示按位異或除了～是一元運算符外，&、∣、^都是二元運算符。位邏輯運算的運算對象是整數(shù)。位邏輯運算規(guī)則與邏輯運算（&&∣、?。┮粯?，也可用真值表表示。設(shè)a、b分別表示一個二進制位，則按位邏輯運算的真值表可表示成如表9-1所示的形式。1.按位與運算按位與邏輯運算的運算規(guī)則是：只有對應(yīng)的位均為1時，與運算的結(jié)果才為1，其他的情況均為0。即：0&0=00&1=11&0=01&1=12.按位或運算按位或運算的運算規(guī)則是：只有按位或操作的對應(yīng)位均為零時，結(jié)果才為零，其他情況按位或的結(jié)果均為1。即，0|0=00|1=11|0=11|1=13.按位異或運算按位異或的運算規(guī)則是：參與按位異或運算的兩個二進制位如果相同，則結(jié)果為0，如果不同則結(jié)果為1。即，0^0=00^1=11^0=11^1=04.按位取反運算按位取反運算的運算規(guī)則是：0的按位取反結(jié)果為1，1的按位取反結(jié)果為0。即，～0=1～1=09.2.2移位運算移位運算實現(xiàn)二進制位的順序向左或向右移位。1.左移位運算左移位運算符是<<，其語法格式為：a<<n其中，a是操作數(shù)，可以是一個char型或整型的變量或表達式；n是待移位的位數(shù)，必須是正整數(shù)。功能是將a中所有的二進制位數(shù)向左移動n位。左移位的運算規(guī)則是：在移位過程中，各個二進位順序向左移動，右端空出的位補0，移出左端之外的位則被舍棄。例如，a=10，其二進制的存儲形式為00001010，則a<<2表示將a的各個二進制位順序左移2位：00101000，即十進制的40。2.右移位運算由左移位的規(guī)則可以看出，對于無符號數(shù)而言，左移位相當(dāng)于乘2運算，左移n位相當(dāng)于乘2的n次方。右移位運算符是>>，其語法格式為：a>>n其中，a是操作數(shù)，可以是一個char型或整型的變量或表達式；n是待移位的位數(shù)，必須是正整數(shù)。功能是將a中所有的二進制位數(shù)向右移動n位。右移位的運算規(guī)則是：在移位過程中，各個二進位順序向右移動，左端空出的位補0還是補1取決于被移位的數(shù)是有符號數(shù)還是無符號數(shù)，具體為：⑴對于無符號數(shù)進行右移時，左端空出的為一律補0。⑵對于用補碼表示的有符號數(shù)進行右移時，如果采用邏輯右移，則不管是正數(shù)還是負數(shù)，左端空位一律補0；如果采用算術(shù)右移，則正數(shù)右移，左端的空位全部補0；負數(shù)右移，左端的空位全部補1（即符號位）。TurboC采用的是算術(shù)右移。9.2.3復(fù)合賦值位運算符位運算符可以和賦值運算符構(gòu)成復(fù)合賦值位運算符。復(fù)合賦值位運算符的形式有：&=、|=、^=、～=、<<=、>>=。9.2.4不同長度的數(shù)據(jù)進行位運算當(dāng)參加位運算的兩個操作數(shù)的數(shù)據(jù)長度不等時，例如：一個int型的數(shù)據(jù)，另一個long型的數(shù)據(jù)，則兩個數(shù)參加運算時，系統(tǒng)自動按右對齊。對于無符號數(shù)，系統(tǒng)在做對齊處理時，左端一律補0。對于有符號數(shù)來說，整數(shù)在做對齊處理時，左端補0；負數(shù)在做對齊處理時，左端補1。9.3位段位段是由一個或幾個二進制位組成的獨立數(shù)據(jù)項。如果一個結(jié)構(gòu)只含有整型的成員及位段成員，這種結(jié)構(gòu)被稱為位段結(jié)構(gòu)。因此，位段結(jié)構(gòu)只是結(jié)構(gòu)的一個特例，有關(guān)結(jié)構(gòu)的定義、引用、賦值、在函數(shù)間的傳遞等，都可以引申到位段結(jié)構(gòu)中來；位段結(jié)構(gòu)的特殊性就是其各個成員只能是整型的。因此，本節(jié)僅就位段成員方面的問題作一些說明。9.3.1位段結(jié)構(gòu)類型及位段結(jié)構(gòu)變量的定義位段結(jié)構(gòu)類型及位段結(jié)構(gòu)變量的定義格式為：struct結(jié)構(gòu)標識符{數(shù)據(jù)類型位段名1：位數(shù)；數(shù)據(jù)類型位段名2：位數(shù)；……數(shù)據(jù)類型位段名n：位數(shù)；}[位段結(jié)構(gòu)變量表]；其中，各位段的數(shù)據(jù)類型必須是int、signed或unsigned；位數(shù)為1的位段只能用unsigned；每個位段名后緊跟一個冒號，冒號后面是該位段的位數(shù)。對位段結(jié)構(gòu)的定義應(yīng)注意以下幾點：⑴各個位段必須依次單獨定義，不能把幾個位段組織成數(shù)組。⑵每個位段的長度可以超過一個字節(jié)，但不能超過計算機的字長（在TurboC2.0中為16位），所有位段的總長度則可以超過一個計算機字長，超過的部分會占用下一個存儲單元。由于不允許一個位段跨越兩個字長的存儲單元，可定義一個長度為0的位段，以保證下一個位段從新的存儲單元開始。⑶如果位段結(jié)構(gòu)的總長度不足n個計算機字長，余下的位可以定義一個不使用的位段或無名位段。⑷位段結(jié)構(gòu)變量可以按位段初始化，初值表中，不需要初始化的位段用逗號跳過。⑸位段結(jié)構(gòu)中也可以包含整型的變量或數(shù)組成員，但變量或數(shù)組名后不能跟冒號和位數(shù)，系統(tǒng)自動將他們從新的存儲單元開始存放。⑹結(jié)構(gòu)中可以包含位段成員。9.3.2位段結(jié)構(gòu)的存儲位段結(jié)構(gòu)中的所有成員按先后次序存放，但存儲單元中位段的空間分配方向則隨機而異。由于不同計算機的字長不同，造成使用位段結(jié)構(gòu)的程序很難移植。下面以從左到右的空間分配方式，通過實例將位段結(jié)構(gòu)存儲分配中的幾個問題說明如下：⑴每個位段結(jié)構(gòu)變量有自己的起始地址，其中的每一個整型變量或數(shù)組成員也有各自的地址，但位段成員則沒有自己的地址，不能對位段成員進行取地址運算。⑵對于前面定義的位段結(jié)構(gòu)變量ch來說，由于變量i必須從新的字節(jié)開始存放，因此系統(tǒng)自動在位段a3后面閑置5位。因此變量ch的存儲格式為：a1a2a3空閑i254516（二進制位數(shù)）課程小結(jié)（10分鐘）位操作是對字節(jié)或字節(jié)內(nèi)的二進制位進行測試、設(shè)置、或邏輯的運算。位操作可以分為兩類：一類是邏輯位運算，另一類是移位運算。位邏輯運算用來對某一個或某一對二進制位進行操作，其運算符有以下幾個：～表示按位取反&表示按位與∣表示按位或^表示按位異或移位運算實現(xiàn)二進制位的順