聊一聊C++中的位操作符("C++ 位操作符详解：深入探讨与实用案例")

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ithorizon 6个月前 (10-20) 阅读数 35 #后端开发

C++ 位操作符详解：深入探讨与实用案例

一、位操作符简介

在C++中，位操作符是一种直接对整数的位进行操作的技术。位操作符在底层编程中非常重要，尤其是在嵌入式系统、网络编程和算法设计中。它们允许程序员直接控制硬件级别的操作，减成本时间程序的性能和快速。

二、位操作符列表

以下是C++中常见的位操作符列表：

& - 按位与

| - 按位或

^ - 按位异或

~ - 按位取反

<< - 左移

>> - 右移

三、按位与(&)

按位与操作符(&)会对两个数的每一位进行逻辑与操作。如果两个相应的位都是1，那么于是位就是1；否则，于是位就是0。


int a = 5; // 0000 0101
int b = 7; // 0000 0111
int result = a & b; // 0000 0101
// result = 5

四、按位或(|)

按位或操作符(|)会对两个数的每一位进行逻辑或操作。如果两个相应的位中至少有一个是1，那么于是位就是1；否则，于是位就是0。


int a = 5; // 0000 0101
int b = 7; // 0000 0111
int result = a | b; // 0000 0111
// result = 7

五、按位异或(^)

按位异或操作符(^)会对两个数的每一位进行逻辑异或操作。如果两个相应的位不相同，那么于是位就是1；否则，于是位就是0。


int a = 5; // 0000 0101
int b = 7; // 0000 0111
int result = a ^ b; // 0000 0010
// result = 2

六、按位取反(~)

按位取反操作符(~)会对一个数的每一位进行逻辑取反操作。即，如果位是1，那么于是是0；如果位是0，那么于是是1。


int a = 5; // 0000 0101
int result = ~a; // 1111 1010
// result = -6 (在补码系统中)

七、左移(<<)

左移操作符(<<)会将一个数的所有位向左移动指定的位数。每移动一位，相当于原数乘以2。


int a = 5; // 0000 0101
int result = a << 1; // 0000 1010
// result = 10

八、右移(>>)

右移操作符(>>)会将一个数的所有位向右移动指定的位数。每移动一位，相当于原数除以2。


int a = 5; // 0000 0101
int result = a >> 1; // 0000 0010
// result = 2

九、位操作符实用案例

以下是位操作符在实际编程中的一些实用案例。

9.1 设置或清除一个特定的位

我们可以使用按位或(|)操作符来设置一个特定的位，使用按位与(&)、按位取反(~)和按位或(|)操作符组合来清除一个特定的位。


int a = 5; // 0000 0101
// 设置第三位（从0起初计数）
int result_set = a | (1 << 2); // 0000 0111
// 清除第三位
int result_clear = a & ~(1 << 2); // 0000 0101

9.2 使用位操作符进行位掩码

位掩码是一种常用的技术，用于提取或修改一个整数中的某些位。


int a = 5; // 0000 0101
// 提取第三位
int mask = 1 << 2; // 0000 0100
int extracted_bit = (a & mask) ? 1 : 0; // 0
// 修改第三位为1
int modified_a = a | mask; // 0000 0111

9.3 使用位操作符进行位字段操作

位字段是结构体中的一种数据结构，允许程序员以位为单位定义和访问数据。


struct BitField {
    unsigned int flag1 : 1;
    unsigned int flag2 : 1;
    unsigned int flag3 : 1;
    unsigned int : 5; // 填充位
    unsigned int value : 8;
};
BitField bf;
bf.flag1 = 1; // 设置第一个标志位
bf.value = 0xFF; // 设置value字段