c语⾔的位操作指令,C语⾔位运算
1. C语⾔中的位操作符
因为C语⾔的设计⽬的是取代汇编语⾔，所以它必须⽀持汇编语⾔所具有的运算能⼒，所以C语⾔⽀持全部的位操作符
(Bitwise Operators)。位操作是对字节或字中的位(bit)进⾏测试、置位或移位处理，在对微处理器的编程中，特别适
合对寄存器、I/O端⼝进⾏操作。因⽽本节将对此作⽐较详细地介绍。
6种位操作符的形式与含义如下：& ：按位“与”(AND)；| ：按位“或”(OR)；^ ：按位“异或”(XOR)；~ ：“取反” (NOT)；>> ：数据右移；<< ：数据左移；
1) 按位“与”运算按位“与”运算符 & 的作⽤是对运算符两侧以⼆进制表达的操作数按位分别进⾏“与”运算，⽽这⼀运算是以数中相同
的位(bit)为单位的。操作的规则是：仅当两个操作数都为1时，输出的结果才为1，否则为0。例如：a = 0x88，b = 0x81，则a & b 的运算结果如下：
0x88 1000 1000 a数& 0x81 1000 0001 b数  =          1000 0000
其中，& 运算符让a数0x88与B数0x81的1位与1位、2位与2位……7位与7位分别相“与”。由于“与”运算的操作规则是
，两个操作数中各位只要有1个为0，其结果中对应的位就为0。⽽a数与b数中只有最⾼位(第7位)均为1，因⽽该位结果为1
，其它各位结果都为0。通常我们可把按位“与”操作 & 作为关闭某位(即将该位置0)的⼿段，例如我们想要关闭a数中的第3位，⽽⼜不影响其它
位的现状，可以⽤⼀个数0xF7，即⼆进制数1111 0111去与a数作按位“与”运算：    0x88 1000 1000 a数& 0xF7 1111 0111 屏蔽数  =          1000 0000
注意，这个数除第3位为0外，其它各位均为1，操作的结果只会将a数中的第3位置0，⽽a数的其它位不受影响。也就是说
，若需要某个数的第n位关闭，只需要将该数与另⼀个数按位相与，另⼀个数除了相应的第n位为0外，其它各位都为1，以
起到对其它各位的屏蔽作⽤。上⾯的运算可以⽤a = a &(0xF7) 来表⽰，也可以⽤a & =(0xF7) 来表达。这两个表达式功能是相同的(见上节“复合赋
值运算符”部分)，但在源程序代码中常常见到的以第⼆种形式为多。
2) 按位“或”运算按位“或” 运算符 | 的作⽤是对运算符两侧以⼆进制表达的操作数按位分别进⾏“或”运算，⽽这⼀运算是以数中相同
的位(bit)为单位的。操作的规则是：仅当两个操作数都为0时，输出的结果才为0，否则为1。例如：a = 0x88，b = 0x81，则a | b 的运算结果如下：
0x88 1000 1000 a数| 0x81 1000 0001 b数  =          1000 1001
通常我们可把按位“与”操作 & 作为置位(即将该位置1)的⼿段，例如我们想要将a数中的第0位和1位置1，⽽⼜不影响其
它位的现状，可以⽤⼀个数0x03，即⼆进制数00000011去与a数作按位“或”运算：
0x88 1000 1000 a数| 0x03 0000 0011 屏蔽数  =          1000 1011
注意，这个数除第0、1位为1外，其它各位均为0，操作的结果只会将a数中的第0、1位置0，⽽a数的其它位不受影响。也
就是说，若需要某个数的第n位置1，只需要将该数与另⼀个数按位相“或”，另⼀个数除了相应的第n位为1外，其它各位
都为0，以起到对其它各位的屏蔽作⽤。上⾯的运算可以⽤a = a | (0xF7) 来表⽰，也可以⽤a | =(0xF7) 来表达。
3) 按位“异或”运算按位“异或”运算符 ^ 的作⽤是对运算符两侧以⼆进制表达的操作数按位分别进⾏“异或”运算，⽽这⼀运算是以数中
相同的位(bit)为单位的。异或运算操作的规则是：仅当两个操作数不同时，相应的输出结果才为1，否则为0。例如：a = 0x88，b =
0x81，则a ^ b 的运算结果如下：
0x88 1000 1000 a数^ 0x81 1000 0001 屏蔽数=          0000 1001
按位“异或”运算 ^ 具有⼀些特殊的应⽤，介绍如下：
① 按位“异或”运算可以使特定的位取反例如：我们想让a数中的最低位和最⾼位取反，只要⽤0x81，即⼆进制数10000001去与它作按位“异或”运算，其运算结
果同上式。经过操作后，最⾼位的值已经由1变0，⽽最低位的值也已经由0变1，起到了使这两位翻转的效果。其它位的状
态保持不变。可以看到，这个数除最低位、最⾼位为1外，其它各位均为0，操作的结果只会将a数中的第0、7位取反，⽽a数的其它位不
受影响。也就是说，若需要某个数的第n位取反，只需要将该数与另⼀个数按位相“异或”，另⼀个数除了相应的第n位为
1外，其它各位都为0，以起到对其它各位的屏蔽作⽤。上⾯的运算可以⽤a = a ^ (0x81) 来表⽰，也可以⽤a ^ =
(0x81) 来表达。
② 直接交换两个变量的值例如，若有变量a = 3，b = 4，想要交换它们的值，可以做如下⼀组操作：a ^ = bb ^ = aa ^ = b
⾸先，a ^ = b:    a 0000 0011^ b 0000 0100a =    0000 0111c语言如何去学
其次，b ^ = a:    b 0000 0100^ a 0000 0111b =    0000 0011
最后，a ^ = b:    a 0000 0111^ b 0000 0011a =    0000 0100
这样，a、b两个变量中的值就进⾏了对调。
4)“取反”运算“取反”运算符 ~ 的作⽤是将各位数字取反：所有的0置为1，1置为0。例如：1001 0110 取反后为0110 1001。
5) 数据右移数据右移操作符 > > 将变量的各位按要求向右移动若⼲位。右移语句的通常形式是：variable >>右移位数如：a = 1111 0000；进⾏ a = a >> 2 操作后，a = 0011 1100。
6) 数据左移数据左移操作符 < < 将变量的各位按要求向左移动若⼲位。左移语句的通常形式是：variable <
⽆论是左移还是右移，当某位从⼀端移出时，另⼀端出现的空⽩将以从外⾯移⼊的0(某些计算机是送1，详细内容请查阅
相应C编译程序⽤户⼿册)来补充。这说明，移位不同于循环，从⼀端移出的位并不送回到另⼀端去，移去的位永远丢失
了，同时在另⼀端只能补上相应位数的0。
移位操作可⽤于整数的快速乘除运算，左移⼀位等效于乘2，⽽右移⼀位等效于除以2。如：x = 7， ⼆进制表达为：0000 0111，x < < 1            0000 1110，相当于： x =2*7=14，x < < 3            0111 0000，相当于： x=14*2*2*2=112x < < 2            1100 0000，          x= 192在作第三次左移时，其中⼀位为1的位移到外⾯去了，⽽左边只能以0补齐，因⽽便不等于112*2*2=448，⽽是等于192了
。当x按刚才的步骤反向移动回去时，就不能返回到原来的值了，因为左边丢掉的⼀个1，再也不能回来了：x > > 2              0011 0000，      x=48x > > 3              0000 0110          x=48/8=6x > > 1              0000 0011          x=6/2=3
移位操作还可以配合其它位操作夫对寄存器或者数据I/O接⼝的各个位进⾏设置、检测，具体⽅法见下⼀节。2.位操作符的⼀些实⽤⽅法介绍
1) 学会应⽤复合运算符如前⾯所介绍的，位操作运算符可以和赋值运算符“=”⼀起组成复合运算符。即如下5个：<<= 、>>=、&=、^=、|=其中，x << = y，相当于x = x << y；x >> = y，相当于x = x >> y；x & = y， 相当于x = x & y；x ^ = y， 相当于x = x ^ y；x | =
y，  相当于x = x | y；学会在C语⾔中使⽤复合运算符，可以简化源程序，优化⽬标程序。
2) C 语⾔中⼀些常见的位操作⽅法由于我们此处学习C 语⾔的⽬的主要是为了开发微控制器的控制程序，为此我们特别关注⼀下对MPU的寄存器、I/O中某⼀
位的操作语句。假如要对PORTA(端⼝A)的某些位进⾏赋值、置0、置1、取反、测试，可能会⽤到如⼀下⼀些语句：
① PORTA = 0x87给整个PORTA赋值，作⽤是将1000 0111这个数赋予PORTA，即让PORTA的第0、1、2和7位置1，其它位清0。
② PORTA = (1<<7)给整个PORTA赋值，作⽤等价于PORTA = 0x80，将1000 0000这个数赋予PORTA，将指定的第7位置1，其余各位置0。只不
过这⾥包括了两个步骤，即先是括号中的1<<7操作，表⽰将0x01这个数左移7位，其值变成0x80，再将它赋予PORTA。
③ PORTA = (1<<7) | (1<< 3) | (1<< 2)给整个PORTA赋值，作⽤与②中的操作相同，但是是分别对7、3、2位置1，⽽将其它各位均置0。它先要分别对三个括号中
给定的值进⾏移位操作，再将它们按位“与”，最后将值赋予PORTA。即：
1000 0000 (1<< 7)                0000 1000 (1<< 3)          |    0000 0100 (1<< 2)  PORTA =  1000 1100
④ PORTA & = 0x80使PORTA中的指定位清0，等价于PORTA =PORTA & (0x80)。由于0x80的⼆进制表达形式为1000 0000，利⽤其最⾼位为1
，其它各位均为0的特性，作为⼀个模板将其等于1的那些位(如本例中的第7位)屏蔽起来，使之保持不变，⽽将其它位清
0(不管原来为0还是为1)。因为PORTA与0x80按位“与”的结果如下：
PORTA  = 0x87 1000 0111&          0x80 1000 0000            =      1000 0000
操作后，第7位的原来值1被保留，其它各个位被清0，其中最低的3位原来为1，现在均为0了。
⑤ PORTA & = (1<<7)它也等价于PORTA & = 0x80：这⾥也包括了两个步骤，即先执⾏括号中的1<<7操作，将0x01左移7位，其值变成0x80，再
将它与PORTA做按位“与”。该操作将除指定的第7位以外的各个位清0。
⑥PORTA & = ~ (1 << 7)该指令在等号后⾯加了取反符号 ~ 。与上⼀条操作的区别是，在与PORTA做按位“与”前，还将0x80先⾏取反，将1000
0000转换成0111 1111，再做按位“与”操作。这样的操作结果是将指定的第7位清零，其它各位保持不变。
⑦ PORTA | = (1<<7)等价于PORTA = PORTA | (1<<7)，这⾥也是先执⾏括号中的1<<7操作，将0x01左移7位，其值变成0x80，再将它与PORTA
做按位“或”。若操作前PORTA的初始值为0x07，则：
PORTA 0000 0111| 0x80    1000 0000PORTA =  1000 0111该操作将最⾼位置1，其它各位保持不变。要注意的是，这条指令与PORTA = (1<<7) 相⽐，虽然都可以使指定的某⼀位置1，但它们有着不同之处。PORTA =
(1<<7) 执⾏后，虽然某⼀位被置1了，但其它的位却被修改了，即不管PORTA的初始值为什么，原来为1的位都会被0覆盖
，执⾏的结果总是为1000 0000。⽽本条指令却可以将其它位屏蔽起来，在改变要设置的那⼀位的同时，并不改变其它位
的状态。
3) 巧⽤C语⾔中的位操作⽅法
① 将寄存器的指定位置1或清0在实际应⽤中，经常利⽤：PORTA | = (1<< n) 这条指令将寄存器的任意位置1，⽽⼜不影响其它位的现有状态。⽐如说，你如果想将第4位置1，就
使⽤：PORTA | = (1<< 4) 就⾏了。当然，也可以使⽤：PORTA | = (1<< 7) | (1<< 4 ) | (1<< 0) 这样的指令⼀次将设第8、5和1位置1，但⼜不影响到其它位的状态。在实际应⽤中，经常利⽤：PORTA & = ~ (1<< n) 这条指令将寄存器的任意位清0，⽽⼜不影响其它位的现有状态。⽐如说，你如果想将第4位清0，
就使⽤：PORTA & = ~ (1<< 4) 就⾏了。在启动nRF905芯⽚向空中发送数据时，采⽤以下函数：
void nrf905_TxSend(void){  PORTD|=(1<10us  PORTD &= ~(1<
其中让PORTD中控制TRX_CE信号的那⼀位先置1，再清0，输出⼀⾼⼀低的脉冲信号，就在⼀个脉冲周期内，完成了⼀次数
据发送。因为在程序的开头已经定义TRX_CE信号为PD6位，即TRXCE = 6，因⽽上⾯两⾏程序等价于：PORTD|=(1<< 6);PORTD &= ~(1<< 6);
② 测试寄存器指定位的状态nRF905在接收数据过程中，要分别发出CD、AM和DR信号，⽽MPU也要分别对这些位进⾏检测，看它们是否变⾼，若变⾼，
就执⾏下⼀步，否则就跳出分⽀，返回主程序。下⾯就是对这些位进⾏检测的⼀段函数：void nrf905_RxRecv(void){while ((PIND&(1<
位为何值，由于和0相与，这些位的结果都为0，我们关⼼的只有第2位的状态。由于该位与1相与，只要DR为⾼，就会有：PIND    xxx x1xx&          0000 0100  结果  =  0000 0100
结果的第⼆位的状态为1，也就是整个表达式：(PIND&(1<
PIND    xxxx x0xx&          0000 0100  结果  =  0000 0000
也就是整个表达式的结果为0，(PIND&(1<

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