C Primer Plus之位操作

   二进制补码表示法

   几乎所有的计算机都使用二进制补码表示法来存储位于n位存储单元中的有符号整数。

   在二进制补码表示法中，最左位决定符号。如果它是0，该整数为正（即非负）；如果是1，该整数为负。

   两种运算：

1. 反码（或取一个整数的反码）：简单反转各个位，即把0位变为1位，把1位变为0位。
2. 补码（或取一个整数的补码）：方法一，首先，从右边复制位，直到有1被复制；接着，反转其余的位。方法二，先对它进行1次反码运算再加上1得到结果。

   以二进制补码格式存储整数，计算机遵循以下步骤：

• 将整数变成n位的二进制数
• 如果整数是正数或零，以其原样存储；如果是负数，计算机取其补码存储。

   以二进制补码格式还原整数，计算机遵循以下步骤：

• 如果最左位是1，计算机取其补码。如果最左位是0，计算机不进行操作。
• 计算机将该整数转换为十进制

   二进制补码表示法只有一个0。

   

   位逻辑运算符

   1° 二进制反码或按位取反：~

   2° 位与（AND）：&

       对于每个位，只有两个操作数的对应位都为1时结果才为1（用真/假来描述，只有两个位操作数都为真结果才为真）。C也有一个组合的位与-赋值运算符：&=，例：

val &= 0377;
val = val & 0377;

   3° 位或（OR）：|

       对于每个位，如果其中任意操作数中对应的位为1，那么结果位为就为1（用真/假来描述，如果任意一个位操作数为真，或两个都为真，那么结果为真）。C也有一个组合的位或-赋值运算符：|=

   4° 位异或：ˆ

       对于每个位，如果操作数中的对应位有一个为1（但是不都为1），那么结果为1（用真/假来描述，如果两个位操作数中有一个为真，但是不都为真，那么结果为真）。C也有一个组合的位异或-赋值运算符：ˆ=

   4个位运算符用于整数数据，包括char。将这些运算符称为位运算符的原因是它们对每位进行操作，而不影响左右两侧的位。请不要将这些运算符与常规的逻辑运算符相混淆（&&、||、!），常规的逻辑运算符对整个值进行操作。

   移位运算符

   1° 左移：<<

   左移运算符<<将其左侧操作数的值的每位向左移动，移动的位数由其右侧操作数指定。空出的位用0填充，并且丢弃移出左侧操作数末端的位。可以使用左移-赋值运算符（<<=）来实际改变一个变量的值。该运算符将变量中的位向左移动右侧值大小的位置。

   2° 右移：>>

   右移运算符>>将其左侧操作数的值的每位向右移动，移动的位数由其右侧操作数指定。丢弃移出左侧操作数右端的位。对于unsigned类型，使用0填充左端空出的位。对于有符号类型，结果依赖于机器。空出的位可能用0填充，或者使用符号（最左端的）位的副本填充。右移-赋值运算符（>>=）将左侧变量的位向右移动指定数量的位置。

   移位运算符能够提供快捷、高效的（依赖于硬件）对于2的幂的乘法和除法：

number << n	number乘以2的n次幂
number >> n	如果number非负，则用number除以2的n次幂

   

   位字段

   位字段是一个signed int或unsigned int中一组相邻的位（C99还允许_Bool类型位字段）。位字段由一个结构声明建立，该结构声明为每个字段提供标签，并决定字段的宽度。例如，以下建立了4个1位字段：

struct {
     unsigned int autfd: 1;
     unsigned int bldfc: 1;
     unsigned int undln: 1;
     unsigned int itals: 1;
} prnt;

   ↓ 使用普通的结构成员运算符将值赋给单独的字段

prnt.itals = 0;
prnt.undln = 1;

   prnt变量存储在一个int大小的存储单元中，但仅有其中的4位被调用。

   字段不限于1位大小。

struct {
     unsigned int code1: 2;
     unsigned int code2: 2;
     unsigned int code3: 8;
} prcode;

   ↓ 这段代码创建两个2位字段和一个8位字段(只须确保值没有超出字段的容量)

prcode.code1 = 0;
prcode.code1 = 3;
prcode.code1 = 102;

   问题：如果您所声明的总位数超过一个unsigned int大小，那么将会发生什么？

   答：那将会使用下一个unsigned int存储位置。不允许一个字段跨越两个unsigned int之间的边界。编译器自动地移位一个这样的字段定义，使字段按unsigned int边界对齐。

发生这种情况时，会在第一个unsigned int中留下一个未命名的洞。

   可以使用未命名的字段宽度“填充”未命名的洞。使用一个宽度为0的未命名的字段迫使下一个字段与下一个整数对齐：

struct {
      unsigned int field1: 1;
      unsigned int       : 2;
      unsigned int field2: 1;
      unsigned int       : 0;
      unsigned int field3: 1;
} stuff;    // stuff.field1和stuff.field2之间有一个2位的间隙，stuff.field3存储在下一个int中

   位字段往往难以移植，所以，把它们用于不可移植的用途，例如按照某个特定硬件设备所使用的确切格式来存放数据。