光天化日学C语言（14）- 位运算 & 的应用 | C语言课上学不到的哦~
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一、前言二、人物简介本文作者是从 2007 年开始学 C语言 的，不久又接触了C++，基本就是 C/C++ 技术栈写了 14 年的样子，不算精通，但也算差强人意。著有《夜深人静写算法》系列，且承诺会持续更新，直到所有算法都学完。主要专攻 高中 OI 、大学 ACM、 职场 LeetCode 的全领域算法。由于文章中采用 C/C++ 的语法，于是就有不少读者朋友反馈语言层面就被劝退了，更何况是算法。
于是，2021 年 06 月 12 日，《光天化日学C语言》 应运而生。这个系列文章主要服务于高中生、大学生以及职场上想入坑C语言的志同道合之人，希望能给祖国引入更多编程方面的人才，并且让自己的青春不留遗憾！
这一章的主要内容是位与运算符的应用。
- 第一位登场的就是今后会一直教我们C语言的老师 —— 光天。
- 第二位登场的则是今后会和大家一起学习C语言的没什么资质的小白程序猿 —— 化日。
- 位与运算符是一个二元的位运算符，也就是有两个操作数，表示为
x & y。 - 位与运算会对操作数的每一位按照如下表格进行运算，对于每一位只有 0 或 1 两种情况，所以组合出来总共 2 2 = 4 2^2 = 4 22=4 种情况。
| 左操作数 | 右操作数 | 结果 |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
- 通过这个表，我们得出一些结论：
- 1）无论是 0 或 1，只要位与上 1，还是它本身；
- 2）无论是 0 或 1，只要位与上 0，就变成 0；
#include <stdio.h>
int main() {
int a = 0b1010; // (1)
int b = 0b0110; // (2)
printf("%d\n", (a & b) ); // (3)
return 0;
}
-
(
1
)
(1)
(1) 在C语言中，以
0b作为前缀，表示这是一个二进制数。那么a的实际值就是 ( 1010 ) 2 (1010)_2 (1010)2。 -
(
2
)
(2)
(2) 同样的，
b的实际值就是 ( 0110 ) 2 (0110)_2 (0110)2； -
(
3
)
(3)
(3) 那么这里
a & b就是对 ( 1010 ) 2 (1010)_2 (1010)2 和 ( 0110 ) 2 (0110)_2 (0110)2 的每一位做表格中的&运算。 - 所以最后输出结果为：
2
- 因为输出的是十进制数，它的二进制表示为： ( 0010 ) 2 (0010)_2 (0010)2。
- 注意：这里的 前导零 可有可无，作者写上前导零只是为了对齐以及让读者更加清楚位与的运算方式。
1、奇偶性判定
- 我们判断一个数是奇数还是偶数，往往是通过取模
%来判断的，如下：
#include <stdio.h>
int main() {
if(5 % 2 == 1) {
printf("5是奇数\n");
}
if(6 % 2 == 0) {
printf("6是偶数\n");
}
return 0;
}
- 然而，我们也可以这么写：
#include <stdio.h>
int main() {
if(5 & 1) {
printf("5是奇数\n");
}
if( (6 & 1) == 0 ) {
printf("6是偶数\n");
}
return 0;
}
- 哇，好神奇！
- 这是利用了奇数和偶数分别的二进制数的特性，如下表所示：
| - | 二进制末尾位 |
|---|---|
| 奇数 | 1 |
| 偶数 | 0 |
- 所以，我们对任何一个数，通过将它和
0b1进行位与，结果为零，则必然这个数的二进制末尾位为0，根据以上表就能得出它是偶数了；否则，就是奇数。 - 注意，由于
if语句我们还没有实际提到过，所以这里简单提一下，后面会有系统的讲解：
if( expr ) { body }
- 对于以上语句，
expr代表的是一个表达式，表达式的值最后只有 零 或 非零，如果值为非零，才会执行body中的内容。
2、取末五位
【例题1】给定一个数，求它的二进制表示的末五位，以十进制输出即可。
- 这个问题的核心就是：我们只需要末五位，剩下的位我们是不需要的，所以可以将给定的数 位与上
0b11111，这样一来就直接得到末五位的值了。 - 代码实现如下：
#include <stdio.h>
int main() {
int x;
scanf("%d", &x);
printf("%d\n", (x & 0b11111) );
return 0;
}
【例题2】如果是想得到末七位、末九位、末十四位、末 K 位，应该如何实现呢？
3、消除末尾五位
【例题3】给定一个 32 位整数，要求消除它的末五位。
- 还是根据位与的性质，消除末五位的含义，有两层：
- 1）末五位，要全变成零；
- 2）剩下的位不变；
- 那么，根据位运算的性质，我们需要数，它的高27位都为1，低五位都为 0，则这个数就是：
- ( 11111111111111111111111111100000 ) 2 (11111111111111111111111111100000)_2 (11111111111111111111111111100000)2
- 但是如果要这么写，代码不疯掉，人也会疯掉，所以一般我们把它转成十六进制，每四个二进制位可以转成一个十六进制数，所以得到十六进制数为
0xffffffe0。 - 代码实现如下：
#include <stdio.h>
int main() {
int x;
scanf("%d", &x);
printf("%d\n", (x & 0xffffffe0) );
return 0;
}
4、消除末尾连续1
【例题4】给出一个整数，现在要求将这个整数转换成二进制以后，将末尾连续的1都变成0，输出改变后的数（以十进制输出即可）。
- 我们知道，这个数的二进制表示形式一定是：
- . . . 0 11...11 ⏟ k ...0\underbrace{11...11}_{\rm k} ...0k 11...11
- 如果，我们把这个二进制数加上1，得到的就是：
- . . . 1 00...00 ⏟ k ...1\underbrace{00...00}_{\rm k} ...1k 00...00
- 我们把这两个数进行位与运算，得到：
- . . . 0 00...00 ⏟ k ...0\underbrace{00...00}_{\rm k} ...0k 00...00
- 所以，你学会了吗？
5、2的幂判定
【例题5】请用一句话，判断一个正数是不是2的幂。
- 如果一个数是 2 的幂，它的二进制表示必然为以下形式：
- 1 00...00 ⏟ k 1\underbrace{00...00}_{\rm k} 1k 00...00
- 这个数的十进制值为 2 k 2^k 2k。
- 那么我们将它减一，即 2 k − 1 2^k-1 2k−1 的二进制表示如下（参考二进制减法的借位）：
- 0 11...11 ⏟ k 0\underbrace{11...11}_{\rm k} 0k 11...11
- 于是 这两个数位与的结果为零，于是我们就知道了如果一个数
x
x
x 是 2 的幂，那么
x & (x-1)必然为零。而其他情况则不然。 - 所以本题的答案为：
(x & (x-1)) == 0
通过这一章，我们学会了：
1）用位运算 & 来做奇偶性判定；
2）用位运算 & 获取一个数的末五位，末七位，末K位；
3）用位运算 & 消除某些二进制位；
4）用位运算 & 消除末尾连续 1；
- 希望对你有帮助哦 ~ 祝大家早日成为 C 语言大神！
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标签：11,光天化日,00,14,...,二进制,C语言,五位 来源： https://blog.51cto.com/u_15239535/3009729