C語言位操作的一些技巧

1.位與&
1、注意：位與符號(hào)是一個(gè)&，兩個(gè)&&是邏輯與。
2、真值表：1&0=01&1=10&0=00&1=0
3、從真值表可以看出：位與操作的特點(diǎn)是，只有1和1位與結(jié)果為1，其余全是0.
4、位與和邏輯與的區(qū)別：位與時(shí)兩個(gè)操作數(shù)是按照二進(jìn)制位彼次對(duì)應(yīng)位相與的，邏輯與是兩個(gè)操作數(shù)作為整體來相與的。（舉例：0xAA&0xF0=0xA0,0xAA && 0xF0=1）
2.位或|
1、注意：位或符號(hào)是一個(gè)|，兩個(gè)||是邏輯或。
2、真值表：1|0=11|1=10|0=00|1=1
3、從真值表可以看出：位或操作的特點(diǎn)是：只有2個(gè)0相位或才能得到0，只要有1個(gè)1結(jié)果就一定是1.
4、位或和邏輯或的區(qū)別：位或時(shí)兩個(gè)操作數(shù)是按照二進(jìn)制位彼次對(duì)應(yīng)位相與的，邏輯或是兩個(gè)操作數(shù)作為整體來相或的。

3.位取反~
1、注意：C語言中位取反是~，C語言中的邏輯取反是!
2、按位取反是將操作數(shù)的二進(jìn)制位逐個(gè)按位取反（1變成0，0變成1）；而邏輯取反是真（在C語言中只要不是0的任何數(shù)都是真）變成假（在C語言中只有0表示假）、假變成真。

實(shí)驗(yàn)：

#include <stdio.h>
void main()
{
        int a = 5; // 結(jié)果 ：
        printf("~~a = %d.\n",~~a);//~~a = 5.
        printf("!!a = %d.\n",!!a);//!!a = 1.
}

結(jié)論：

@任何非0的數(shù)被按位取反再取反就會(huì)得到他自己；任何非0的數(shù)被按邏輯取反再取反就會(huì)得到1；

@任何非0的數(shù)被按邏輯取反再取反就會(huì)得到1；

4.位異或^

1、位異或真值表：

1^1=0

0^0=0

1^0=1

0^1=1

2、位異或的特點(diǎn)：2個(gè)數(shù)如果相等結(jié)果為0，不等結(jié)果為1。

記憶方法：異或就是相異就或操作起來。

位與：（任何數(shù)，其實(shí)就是1或者0）與1位與無變化，與0位與變成0
位或：（任何數(shù)，其實(shí)就是1或者0）與1位或變成1，與0位或無變化
位異或：（任何數(shù)，其實(shí)就是1或者0）與1位異或會(huì)取反，與0位異或無變化

5.左移位<< 與右移位>>
C語言的移位要取決于數(shù)據(jù)類型。
對(duì)于無符號(hào)數(shù)，左移時(shí)右側(cè)補(bǔ)0（相當(dāng)于邏輯移位）

對(duì)于無符號(hào)數(shù)，右移時(shí)左側(cè)補(bǔ)0（相當(dāng)于邏輯移位）

對(duì)于有符號(hào)數(shù)，左移時(shí)右側(cè)補(bǔ)0（叫算術(shù)移位，相當(dāng)于邏輯移位）

對(duì)于有符號(hào)數(shù)，右移時(shí)左側(cè)補(bǔ)符號(hào)位（如果正數(shù)就補(bǔ)0，負(fù)數(shù)就補(bǔ)1，叫算術(shù)移位）實(shí)驗(yàn)：

#include <stdio.h>

void main()
{
int a = 5; // 0101b
int b = -5;// 1...0101b
printf("a<<2 = %d.\n",a<<2);
printf("a>>2 = %d.\n",a>>2);
printf("b<<2 = %d.\n",b<<2);
printf("b>>2 = %d.\n",b>>2);

}

結(jié)果：

a<<2 = 20.
a>>2 = 1.
b<<2 = -20.
b>>2 = -2.結(jié)論：

左移一位，結(jié)果*2；

右移一位，結(jié)果/2；

分析過程自己去分析數(shù)值在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)(以補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)！)

~嵌入式中研究的移位，以及使用的移位都是無符號(hào)數(shù)
位與位或位異或在操作寄存器時(shí)的特殊作用

1.寄存器操作的要求（特定位改變而不影響其他位）
1、ARM是內(nèi)存與IO統(tǒng)一編址的，ARM中有很多內(nèi)部外設(shè)，SoC中CPU通過向這些內(nèi)部外設(shè)的寄存器寫入一些特定的值來操控這個(gè)內(nèi)部外設(shè)，進(jìn)而操控硬件動(dòng)作。所以可以說：讀寫寄存器就是操控硬件。
2、寄存器的特點(diǎn)是按位進(jìn)行規(guī)劃和使用。但是寄存器的讀寫卻是整體32位一起進(jìn)行的（也就是說你只想修改bit5～bit7是不行的，必須整體32bit全部寫入）
3、寄存器操作要求就是：在設(shè)定特定位時(shí)不能影響其他位。
4、如何做到？答案是：讀-改-寫三部曲。
  讀改寫的操作理念，就是：當(dāng)我想改變一個(gè)寄存器中某些特定位時(shí)，我不會(huì)直接去給他寫，我會(huì)先讀出寄存器整體原來的值，然后在這個(gè)基礎(chǔ)上修改我想要修改的特定位，再將修改后的值整體寫入寄存器。
  這樣達(dá)到的效果是：在不影響其他位原來值的情況下，我關(guān)心的位的值已經(jīng)被修改了。
  
2.特定位清零用&
1、回顧上面講的位與操作的特點(diǎn)：（任何數(shù)，其實(shí)就是1或者0）與1位與無變化，與0位與變成0
2、如果希望將一個(gè)寄存器的某些特定位變成0而不影響其他位，可以構(gòu)造一個(gè)合適的1和0組成的數(shù)和這個(gè)寄存器原來的值進(jìn)行位與操作，就可以將特定位清零。

3、舉例：

假設(shè)原來32位寄存器中的值為：0xAAAAAAAA，我們希望將bit8～bit15清零而其他位不變，可以將這個(gè)數(shù)與0xFFFF00FF進(jìn)行位與即可。

#include <stdio.h>
void main()
{
printf("0x%X.\n",0xAAAAAAAA&0xFFFF00FF);// 0xAAAA00AA.
}

3.特定位置1用|
1、回顧上面講的位或操作的特點(diǎn)：任何數(shù)，其實(shí)就是1或者0）與1位或變成1，與0位或無變化

2、操作手法和剛才講的位與是類似的。我們要構(gòu)造這樣一個(gè)數(shù)：要置1的特定位為1，其他位為0，然后將這個(gè)數(shù)與原來的數(shù)進(jìn)行位或即可。

3、舉例：

假設(shè)原來32位寄存器中的值為：0xAAAAAAAA，我們希望將bit8～bit15置1而其他位不變，可以將這個(gè)數(shù)與0x0000FF00進(jìn)行位或即可。

#include <stdio.h>
void main()
{
printf("0x%X.\n",0xAAAAAAAA|0x0000FF00);// 0xAAAAFFAA.
}

4.特定位取反用^
1、回顧上面講的位異或操作的特點(diǎn)：（任何數(shù)，其實(shí)就是1或者0）與1位異或會(huì)取反，與0位異或無變化
2、操作手法和剛才講的位與是類似的。我們要構(gòu)造這樣一個(gè)數(shù)：要取反的特定位為1，其他位為0，然后將這個(gè)數(shù)與原來的數(shù)進(jìn)行位異或即可。

進(jìn)行位或即可。

3、舉例：

假設(shè)原來32位寄存器中的值為：0xAAAAAAAA，我們希望將bit8～bit15取反而其他位不變，可以將這個(gè)數(shù)與0x0000FF00進(jìn)行異或即可。

#include <stdio.h>
void main()
{
printf("0x%X.\n",0xAAAAAAAA^0x0000FF00);// 0xAAAA55AA.
}

1.寄存器位操作經(jīng)常需要特定位給特定值
1、從上節(jié)可知，對(duì)寄存器特定位進(jìn)行置1或者清0或者取反，關(guān)鍵性的難點(diǎn)在于要事先構(gòu)建一個(gè)特別的數(shù)，這個(gè)數(shù)和原來的值進(jìn)行位與、位或、位異或等操作，即可達(dá)到我們對(duì)寄存器操作的要求。

2、

解法1：用工具軟件或者計(jì)算器或者自己大腦計(jì)算，直接給出完整的32位特定數(shù)。

  優(yōu)勢(shì)：可以完成工作，難度也不大，操作起來也不是太麻煩。
  劣勢(shì)：依賴工具，而且不直觀，讀程序的人不容易理解。
  評(píng)價(jià)：湊活能用，但是不好用，應(yīng)該被更好用的方法替代。
3、解法2：自己寫代碼用位操作符號(hào)（主要是移位和位取反）來構(gòu)建這個(gè)特定的二進(jìn)制數(shù)

2.使用移位獲取特定位為1的二進(jìn)制數(shù)
1、最簡(jiǎn)單的就是用移位來獲取一個(gè)特定位為1的二進(jìn)制數(shù)。譬如我們需要一個(gè)bit3～bit7為1（隱含意思就是其他位全部為0）的二進(jìn)制數(shù)，可以這樣：(0x1f<<3)
2、更難一點(diǎn)的要求：獲取bit3～bit7為1，同時(shí)bit23～bit25為1，其余位為0的數(shù)：((0x1f<<3)| (7<<23))

3.再結(jié)合位取反獲取特定位為0的二進(jìn)制數(shù)
1、這次我們要獲取bit4～bit10為0，其余位全部為1的數(shù)。怎么做？

2、利用上面講的方法就可以：(0xf<<0)|(0x1fffff<<11)

但是問題是：連續(xù)為1的位數(shù)太多了，這個(gè)數(shù)字本身就很難構(gòu)造，所以這種方法的優(yōu)勢(shì)損失掉了。

3、這種特定位（比較少）為0而其余位（大部分）為1的數(shù)，不適合用很多個(gè)連續(xù)1左移的方式來構(gòu)造，適合左移加位取反的方式來構(gòu)造。
4、思路是：先試圖構(gòu)造出這個(gè)數(shù)的位相反數(shù)，再取反得到這個(gè)數(shù)。
（譬如本例中要構(gòu)造的數(shù)bit4～bit10為0其余位為1，那我們就先構(gòu)造一個(gè)bit4～bit10為1，其余位為0的數(shù)，然后對(duì)這個(gè)數(shù)按位取反即可）- ~(0x7f<<4)

4.總結(jié)：位與、位或結(jié)合特定二進(jìn)制數(shù)即可完成寄存器位操作需求
1、如果你要的這個(gè)數(shù)比較少位為1，大部分位為0，則可以通過連續(xù)很多個(gè)1左移n位得到。
2、如果你想要的數(shù)是比較少位為0，大部分位為1，則可以通過先構(gòu)建其位反數(shù)，然后再位取反來得到。

3、如果你想要的數(shù)中連續(xù)1（連續(xù)0）的部分不止1個(gè)，那么可以通過多段分別構(gòu)造，然后再彼此位或即可。

這時(shí)候因?yàn)閰⑴c位或運(yùn)算的各個(gè)數(shù)為1的位是不重復(fù)的，所以這時(shí)候的位或其實(shí)相當(dāng)于幾個(gè)數(shù)的疊加。

回顧：要置1用|，用清零用&，要取反用^，~和<< >>用來構(gòu)建特定二進(jìn)制數(shù)。
1.給定一個(gè)整型數(shù)a，設(shè)置a的bit3，保證其他位不變。
a = a | (1<<3)或者 a |= (1<<3)

2.給定一個(gè)整形數(shù)a，設(shè)置a的bit3~bit7，保持其他位不變。
a = a | (0b11111<<3)或者 a |= (0x1f<<3);

3.給定一個(gè)整型數(shù)a，清除a的bit15，保證其他位不變。
a = a & (~(1<<15));或者 a &=(~(1<<15));

4.給定一個(gè)整形數(shù)a，清除a的bit15~bit23，保持其他位不變。
a = a & (~(0x1ff<<15));或者 a &=(~(0x1ff<<15));

5.給定一個(gè)整形數(shù)a，取出a的bit3~bit8。
思路：
第一步：先將這個(gè)數(shù)bit3～bit8不變，其余位全部清零。
第二步，再將其右移3位得到結(jié)果。
第三步，想明白了上面的2步算法，再將其轉(zhuǎn)為C語言實(shí)現(xiàn)即可。
a &= (0x3f<<3);
a >>= 3;

6.用C語言給一個(gè)寄存器的bit7～bit17賦值937（其余位不受影響）。
關(guān)鍵點(diǎn)：第一，不能影響其他位；第二，你并不知道原來bit7～bit17中裝的值。

思路：

第一步，先將bit7～bit17全部清零，當(dāng)然不能影響其他位。

第二步，再將937寫入bit7～bit17即可，當(dāng)然不能影響其他位。

a &= ~(0x7ff<<7);

a |= (937<<7);

1.用C語言將一個(gè)寄存器的bit7～bit17中的值加17（其余位不受影響）。
關(guān)鍵點(diǎn)：不知道原來的值是多少

思路：

第一步，先讀出原來bit7～bit17的值

第二步，給這個(gè)值加17
第三步，將bit7～bit17清零
第四步，將第二步算出來的值寫入bit7～bit17

tmp = a&(0x7ff<<7);

tmp>>=7;

tmp+=17;

a &=~(0x7ff<<7);

a|=(tmp<<7);

2.用C語言給一個(gè)寄存器的bit7～bit17賦值937，同時(shí)給bit21～bit25賦值17.
思路：6.的升級(jí)版，兩倍的6.中的代碼即可解決。
分析：這樣做也可以，但是效果不夠高，我們有更優(yōu)的解法就是合兩步為一步。

a &= ~((0x7ff<<7) |(0x1f<<21));

a |= ((937<<7) | (0x17<<21))

1.直接用宏來置位、復(fù)位（最右邊為第1位）
#define SET_NTH_BIT(x, n)  (x | (1<<(n-1)))

#define CLEAR_NTH_BIT(x, n) (x &~(1<<(n-1)))

2.截取變量的部分連續(xù)位。例如：變量0x88, 也就是0b10001000，若截取第2～4位，則值為：0b100 = 4

#define GETBITS(x, n, m) ((x &~(~(0U)<<(m-n+1))<<(n-1)) >> (n-1))
分析：這個(gè)題目相當(dāng)于我們位運(yùn)算實(shí)戰(zhàn)演練1中5.做的事情，只不過要用宏來實(shí)現(xiàn)。

這個(gè)題目相當(dāng)于是要把x的bit(n-1)到bit(m-1)取出來

復(fù)雜宏怎么分析：
((x & ~(~(0U)<<(m-n+1))<<(n-1)) >> (n-1))

第一步，先分清楚這個(gè)復(fù)雜宏分為幾部分：2部分

@(x &~(~(0U)<<(m-n+1))<<(n-1))

@>>(n-1)

分析為什么要>>(n-1)，相當(dāng)于是我們5.中的第二步（第二步，再將其右移3位得到結(jié)果。）


第二步，繼續(xù)解析剩下的：又分為2部分

@x&

@~(~(0U)<<(m-n+1))<<(n-1)

分析為什么要&，相當(dāng)于我們5中的第一步 (第一步：先將這個(gè)數(shù)bit3～bit8不變，其余位全部清零。)


第三步，繼續(xù)分析剩下的：
~ (~(0U)<<(m-n+1))<<(n-1)
這個(gè)分析時(shí)要搞清楚第2坨到底應(yīng)該先左邊取反再右邊<<；還是先右邊<<再左邊取反。
解法：第一，查C語言優(yōu)先級(jí)表；第二，自己實(shí)際寫個(gè)代碼測(cè)試。
說明這個(gè)式子應(yīng)該是 ~(~(0U)<<(m-n+1))<<(n-1) ，這就又分為2部分了

0x88:10001000

例如：變量0x88, 也就是0b10001000，若截取第2～4位，則值為：0b100 = 4

~(~(0U)<<(m-n+1))<<(n-1)):00001110
(x & ~(~(0U)<<(m-n+1))<<(n-1)):00001000
(x & ~(~(0U)<<(m-n+1))<<(n-1)) >> (n-1):00001000