位运算

1. 位逻辑运算符

4个位运算符用于整型数据，包括char，将这些位运算符成为位运算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，常规的位的逻辑运算符对整个值进行操作。

1.1. 按位取反：~

一元运算符~将每个1变为0，将每个0变为1，如下面的例子：

~(10011010)
==01100101

假设 a 是一个 unsigned char，已赋值为2. 在二进制中，2是00000010.于是 -a 的值为11111101或者253。请注意该运算符不会改变a的值，a仍为2。

1.2. 位与（AND）: &

二进制运算符&通过对两个操作数逐位进行比较产生一个新值。对于每个位，只有两个操作数的对应位都是1时结果才为1。

   (10010011) 
 & (00111101) 
 ==(00010001)

C 也有一个组合的位与 - 赋值运算符：&=。下面两个将产生相同的结果：

val &= 0377;  
val = val & 0377;

1.3. 位或（OR）: |

二进制运算符|通过对两个操作数逐位进行比较产生一个新值。对于每个位，如果其中任意操作数中对应的位为1，那么结果位就为1.

    (10010011)
  | (00111101)
 == (10111111)

C也有组合位或-赋值运算符： |=

val |= 0377;
val = val | 0377;

1.4. 位异或:

二进制运算符^对两个操作数逐位进行比较。对于每个位，如果操作数中的对应位有一个是1(但不是都是1)，那么结果是1.如果都是0或者都是1，则结果位0.

    (10010011)
  ^ (00111101)
  = (10101110)

C也有一个组合的位异或-赋值运算符： ^=

val ^= 0377;
val = val ^ 0377;

1.5 用法

1.5.1 打开位

已知：flag = 0b10011010：

1. 将位2打开

   (10011010)
   | (00000100)
   = (10011110)

1. 将所有位打开。

   // flag | ~flag
   (10011010)
   | (01100101)
   = (11111111)

1.5.2 关闭位

// flag & ~flag
  (10011010)
& (01100101)
= (00000000)

1.5.3 转置位

转置(toggling)一个位表示如果该位打开，则关闭该位；如果该位关闭，则打开。您可以使用位异或运算符来转置。其思想是如果b是一个位(1或0)，那么如果b为1则b^1为0，如果b为0，则1^b为1。无论b的值是0还是1,0^b为b.

// flag ^ 0xff
  (10010011)
^ (11111111)
= (01101100)

1.5.4 交换两个数不需要临时变量

//a ^ b = temp;
//a ^ temp = b;
//b ^ temp = a
 (10010011)
^(00100110)
=(10110101)
 (10110101)
^(00100110)
= 10010011
  int a = 10;
  int b = 30;

2 移位运算符

现在让我们了解一下C的移位运算符。移位运算符将位向左或向右移动。同样，我们仍将明确地使用二进制形式来说明该机制的工作原理。

2.1 左移 <<

a = 0b00101101; // 45
b = 0b00010111; // 23
a ^ b ==  0b00111010 
      a = 0b00101101
(a ^ b) ^ a == 0b00010111

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。空出来的位用0填充，并且丢弃移出左侧操作数末端的位。在下面例子中，每位向左移动两个位置。

(10001010) << 2
(00101000)

该操作将产生一个新位置，但是不改变其操作数。

1 << 1 = 2;
2 << 1 = 4;
4 << 1 = 8;
8 << 2 = 32;

2.2 右移 >>

右移运算符>>将其左侧的操作数的值每位向右移动，移动的位数由其右侧的操作数指定。丢弃移出左侧操作数有段的位。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)位的副本填充。

//有符号值
(10001010) >> 2
(00100010)     //在某些系统上的结果值
(10001010) >> 2
(11100010)     //在另一些系统上的结果
//无符号值
(10001010) >> 2
(00100010)    //所有系统上的结果值

2.3 用法：移位运算符

移位运算符能够提供快捷、高效（依赖于硬件）对2的幂的乘法和除法。