C语言中的按位移动及其简单引用

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）

 

在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(33);

    if(buffer == NULL)

         return NULL;

    buffer[32] = '\0';

    int i = 0;

    for(;i < 32;i++)

    {

         unsigned int temp = u_num &(1<<(31 - i));

         temp = temp>>(31-i);

         buffer[i] = temp == 0 ? '0':'1';

    }

    return buffer;

}

char *get_hex_string(int num)

{

    unsigned int u_num = (unsigned int)num;

    char *buffer = (char *)malloc(11);

    if(buffer == NULL)

         return NULL;

    //填写固定的部分

    buffer[0] = '0';

    buffer[1] = 'x';

    buffer[10] = '\0';

    char *temp = buffer + 2;

    int i = 0;

    for(;i < 8;i++)

    {

         unsigned int af = u_num<<(4 * i);

         af = af >> 28;

         temp[i] = (char)(u_num<<(4 * i)>>28);

         temp[i] = temp[i] < 10 ? temp[i] + 48 :temp[i] + 55;

    }

    return buffer;

}

int main()

{

    int num = 456789;

    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 0;

 

}

 

 

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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