本文采用了《C Primer Plus》、《C陷阱与缺陷》以及比特科技的教学视频。
对C语言位操作符与位移操作符进行了详细讲解，为了加深印象，每一个知识点均有例题和实用讲解
目录
位操作符
1.按（二进制）位与?&
规则：对应位都为1时，结果为1，否则为0。
例如：
int a = 1,b = 3;
00000000?00000000?00000000?00000001? //a
00000000?00000000?00000000?00000011? //b
00000000?00000000?00000000?00000001? //a&b=1
数值在计算机中存储时，都是以补码的形式进行存储的，正整数（包括0）的原码、反码、补码都相同；而负数的原码、反码、补码则需要计算：通过将原码取反再加1，可以得到一个整数的补码；同理将一个补码进行取反加1，也可以得到这个数的原码。
#include<stdio.h>
int main()
{
int a = 1;
int b = 3;
int c = a & b;
printf("a=%d,b=%d,c=%d\n", a, b,c);
return 0;
}
2.按（二进制）位或? |
规则：对应位只要有一个为1，结果就为1，否则为0。
例如：
int a = 1,b = 3;
00000000?00000000?00000000?00000001? //a
00000000?00000000?00000000?00000011? //b
00000000?00000000?00000000?00000011? //a|b=3
#include<stdio.h>
int main()
{
int a = 1;
int b = 3;
int c = a | b;
printf("a=%d,b=%d,c=%d\n", a, b,c);
return 0;
}
3.按（二进制）位异或? ^
规则：对应位只有一位为1，结果为1，否则为0。
例如：
int a = 1,b = 3;
00000000?00000000?00000000?00000001? //a
00000000?00000000?00000000?00000011? //b
00000000?00000000?00000000?00000010? //a^b=2
#include<stdio.h>
int main()
{
int a = 1;
int b = 3;
int c = a ^ b;
printf("a=%d,b=%d,c=%d\n", a, b,c);
return 0;
}
?练习：利用异或操作符交换两个变量的值（不创建额外变量）
#include<stdio.h>
int main()
{
int a = 1;
int b = 3;
printf("a=%d,b=%d\n", a, b);
a = a ^ b;//2
printf("1：a=%d,b=%d\n", a, b);
b = a ^ b;//1
printf("2：a=%d,b=%d\n", a, b);
a = a ^ b;//3
printf("3：a=%d,b=%d\n", a, b);
return 0;
}
4.按（二进制）位取反：~
假设a的类型是int，a被赋值为1；
a:
原码：00000000 00000000 00000000 00000001
反码：00000000 00000000 00000000 00000001 ??
补码：00000000 00000000 00000000 00000001 ??
对其将其按位取反，原来是0的地方变成1，原来是1的地方变成0，那么取反之后则变成了：
~a:
补码：11111111? 11111111? ?11111111? 11111110
反码：10000000 00000000 00000000 00000001? ?//符号位不变，其他位按位取反
原码：10000000 00000000 00000000 00000010??//反码+1，~a = -2
#include<stdio.h>
int main()
{
int a = 1;
int b = ~a;
printf("a=%d b=%d \n", a,b);
return 0;
}
?注：位操作本身不会改变变量的值，而是创建一个新值，想改变变量的值可以采用：&=、|=、^=、~=。
位操作符用法
1.掩码
按位与运算符常用与掩码（mask）。所谓掩码指的是一些设置为开（1）或关（0）的位组合。
定义一个符号常量MASK为2，其后八位在内存中的形式为00000010，这个MASK称掩码。
再定义一个变量a，赋值为7，其后八位在内存中的形式为00000111。
#include<stdio.h>
#define MASK 2
int main()
{
int a = 7;
a &= MASK;
printf("a=%d\n", a);//a=2
return 0;
}a&MASK =?00000010,最右侧为0号位，最左侧为7号位。在按位与的过程中，除了1号位的1显示了，剩下的所有位都显示为0。这个过程叫做“使用掩码”，因为掩码中的0隐藏了变量a中相应的位。下面是按位与的常见用法：
a &= 0xff;
//或者
a &= 0377;0xff为16进制，其二进制形式为11111111，八进制形式是0377。这个掩码会保持变量a中的后八位不变，其他位都设置为0。无论a原来是多少位，最终的值都被修改为1个8位字节，8就是该掩码的宽度。
2.打开位（设置位）
有时需要打开一个值中的特定位，同时保持其他位不变。例如：为了打开内置扬声器，必须打开1号位，同时保持其他位不变，这种情况可以用按位或运算符（|）。
设置一个变量a和MASK（只有一号位为1）为例：
假设a为00000111，MASK为00000010，那么a |= MASK =00000111。
MASK中为1的位，a中也为1；MASK中为0的位，a中保持不变。
倘若要同时打开1、3、5号位，那么可以将MASK设置为：00101010，根据不同的需要来设置MASK。
3.关闭位（清空位）
与打开位类似，有时候也需要在不影响其他位的情况下关闭指定位。假设要关闭的变量a中的1号位，可以这样做：
定义符号常量MASK只有1号位为1：00000010
#include<stdio.h>
#define MASK 2
int main()
{
int a = 6;
printf("改变前：%d\n", a);
a &= ~MASK;
printf("改变后：%d\n",a);
return 0;
}
6的二进制后8位为：00000110
4的二进制后8位为：00000100
MASK中为1的位在结果中清空为0，其他位在结果中保持不变。
位移操作符
位移操作符的操作数只能是整数。
1.左移操作符
规则：左边舍弃，右边补零。
例如：
int a = 5；在C语言中，正整数（包括0）的原码、反码、补码都相同，如下所示：
a:
原码：00000000 00000000 00000000 00000101
反码：00000000 00000000 00000000 00000101 ??
补码：00000000 00000000 00000000 00000101 ??
a? << 1:
补码：0 00000000 00000000 00000000 000001010? ?
右边补一个0，最左边的0抛弃，a << 1的结果为10。
#include<stdio.h>
int main()
{
int a = 1;
int a2 = a << 1;
printf("a=%d,a2=%d\n", a, a2);
int b = 5;
int b2 = b << 1;
printf("b=%d,b2=%d\n", b, b2);
return 0;
}
通过测试发现：
- 左移操作符可以达到*2的效果，左移一位，数值*2；左移两位，数值*4，以此类推。
- 位移操作符不改变原数值，而是创建了一个可以使用或赋值的新值。
2.右移操作符
规则：右移操作符分为逻辑位移和算数位移两种规则。
逻辑位移：左边补0，右边舍弃。
算数位移：左边补原数值符号位，右边舍弃。
算数位移可以保证新值与原数值的符号相同，较逻辑位移更加科学，大多数编译器都采用此规则。
例如：
int a = -5;
原码：10000000 00000000 00000000 00000101
反码：11111111??11111111? ?11111111? 11111010? ??//符号位不变，其他位按位取反
补码：11111111??11111111? ?11111111? 11111011?? ?//反码+1得到补码
a >> 1：
补码：11111111? ?11111111? ?11111111? ? 11111101?1? //左边补原数值符号位1，右边舍弃1
反码：10000000? 00000000? 00000000? 00000010
原码：10000000? 00000000? 00000000? 00000011? ?//a>>1 = -3
#include<stdio.h>
int main()
{
int a = 1;
int a2 = a >> 1;
printf("a=%d,a2=%d\n", a, a2);
int b = -5;
int b2 = b >> 1;
printf("b=%d,b2=%d\n", b, b2);
return 0;
}
注：对于位移运算符，只有移动正整数位才是有意义的！移动负数、小数等均是标准未定义的，无意义的。
位移操作符用法
1.用位移运算符把整数转换成二进制形式
#include<stdio.h>
#include<limits.h>
void itobs(int n, char* ps);//计算二进制
void print_bstr(const char* str);//打印二进制
int main()
{
printf("请输入数字 or 按其他任意键退出\n");
int number = 0;
char bin_str[CHAR_BIT * sizeof(int) + 1]={0};
//CHAR_BIT表示char中的位数，返回值为8
//8 * sizeof（int）为一个整型中的位数，还需要给终止符留位置，再+1
while (scanf("%d", &number) == 1)//输入非法字符时跳出循环
{
itobs(number, bin_str);//计算二进制
printf("%d的二进制序列为:>", number);
print_bstr(bin_str);//打印二进制
putchar('\n');
}
return 0;
}
//计算二进制
void itobs(int n, char* ps)
{
int i = 0;
const static int size = CHAR_BIT * sizeof(int);
for (i = size - 1; i >= 0; i--, n >>= 1)
{
*(ps + i) = (01 & n) + '0';
//为了更加贴合计算机，采用01&n，01为8进制序列形式，1&n亦可，
//因为数组的形式是char类型，为了表示0或1，还需要加上字符0的值
}
*(ps + size) = '\0';//最后一个位置赋上终止符
}
//打印二进制序列
void print_bstr(const char* str)
{
int i = 0;
while (*(str + i))//不是空字符
{
putchar(*(str + i));
if (++i % 8 == 0)//为了方便观看，每8个空一格
putchar(' ');
}
}- 上述代码中，?CHAR_BIT是头文件<limits.h>中的宏定义，该宏表示char中的位数，返回值为8。
- 表达式sizeof(int)求一个整型的大小，结果是4个字节；表达式CHAR_BIT * sizeof(int)表示一个整型的位数。
- 函数itobs中的for循环是从最后一位开始，计算二进制的结果，每次循环结束，n>>1右移一位，进行前一位的计算。
- 算式01&n的结果只有两种：0或1，为了能在char类型的数组中体现出0、1，还需要将其计算结果加上字符0的大小（‘0’）。
- 函数中的操作均是利用指针的形式进行运算，所以无需返回值。
最后运算结果如下：
2.转换某一个值的后n位
按位取反操作符可以切换某个值的所有位，但无法切换选中的特定位。假设想切换某个值中的后四位，该如何做？
可以利用按位异或（^）完成这项任务，首先创建一个掩码，然后将掩码的后四位都设置成1，将想更改的值与掩码进行异或操作，便可以切换该数值的后四位了。
int invert(int num, int bits)
{
int mask = 0;
int val = 1;
while (bits-- > 0)
{
mask |= val;
val <<= 1;
}
return num ^= mask;
}- 上式中，用num接收想要更改的值，用bits接收想要更改的位数。
- mask为掩码，val设定为1，将mask与val进行或等操作（|=），可以将mask最后一位更改成1，然后将val左移一个单位，再次进行循环，更改mask倒数第二位的值，以此类推，直到循环结束。
- 假设bits=4，那么跳出while循环后，mask在计算机存储的值为000011111（后八位），将其与num进行异或，即可切换num后四位的值。
将该函数放到转换二进制例子中，运行结果如下：
?通过观察发现，异或操作使后四位的值进行了颠倒。