C 和 C++ 编程中的按位运算符

在 RAM 中，数据被组织为字节序列。 每个字节包含八个连续的位。 当您想对数据的位执行一些算术运算时， C 和C++ 按位运算符很有用。 它们速度相当快，偶尔用于提高程序的效率。 他们致力于在位级执行操作或以各种方式操作位的位算法。

C&C++中位运算符的类型：

1. 按位与
2. 按位或
3. 按位非
4. 按位异或 (XOR)
5. 左移运算符
6. 右移运算符

让我们详细了解它们中的每一个：

1. 按位与：

C 或 C++ 中的按位与运算符使用单个与号 (&)。 它以两个数字作为操作数并对它们的所有位执行 AND。 仅当两个位都为 1 时，结果才为 1。如果任何位为 0，则结​​果为 0。本质上， C和 C++中的这个二元运算符对给定两个数字的每个位置的位进行逻辑与运算二进制形式。

例子：

假设两个数字 a 和 b 的二进制表示是：

一 = 01011000

b = 10111001

所以，a & b = 00011000

从上面的例子可以看出，结果只在数字 a 和 b 都为 1 的地方显示“1”。对于所有其他地方，结果显示“0”。

2.按位或：

在 C 和 C++ 中，按位或与按位与非常相似。 唯一的区别是，在按位或运算符中，要使结果中位的位置为“1”，两个位中只有一个应该为“1”。 该运算符将两个数字作为操作数，并对两个数字的每一位执行或运算。

它以下列方式工作：

• 如果两位都为“1”，则结果为“1”。
• 如果两个位都为“0”，则结果为“0”。
• 如果任何位为“1”，则结果为“1”。

它是最简单和最常用的 C++ 按位运算符之一。 它的符号是管道|。 此外，它与布尔逻辑运算符 || 相同。

例子：

假设两个数字 a| 的二进制表示b 是：

一 = 01101001

b = 10111000

所以，一个| b = 11111001

3.按位非：

也称为按位非运算符，它翻转结果中的每一位。 它的符号是波浪号 (~)。 记住此运算符的工作方式的一种简单方法是波浪号有时被称为 twiddle，按位补码旋转每一位。 这意味着如果你有一个 1，结果就是 0，反之亦然。 换句话说， C和 C++中的这个按位运算符接受一个数字并反转所有位。

在确定任何无符号数的最大可能值时，这是最有用的C++ 按位运算符之一。

例子：

无符号整数 = ~0;

这里，0 表示全 0：00000000。因此，实现位非运算符的结果为 1：11111111。因为 num 是一个无符号整数，所以您无需关心符号位或二进制补码。 1s 是结果中可能的最大数字。

按位非运算符的关键特征之一是 2 的补码。 一个数的 2 的补码等于该数的补码加 1。

例子：

一 = 00000000

所以，它的 2 的补码 = -(11111111+1) = -00000000 = -0(decimal)

注意：任意数 N 的按位补码等于 -(N+1)。

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4. 按位异或 (XOR)：

异或运算接受两个输入，如果其中一个或另一个输入为 1，则输出 1。但如果两者均为 1，则结果为 0。如果两个输入均为 0 或均为 1，则结果为 0。结果仅当两个位不同时，XOR 的 XOR 才为 1。 此二元运算符在 C和 C++ 中的符号是插入符号 (^)。 而且，这种按位运算符在C &C++中简称为XOR。 它对每一对位执行异或运算。 必须注意，没有与此运算符对应的布尔运算符。

例子：

假设我们有两个数字

一 = 10101010

b = 01110010

现在 a ^ b = 10101010 ^ 01110010 = 11011000

您可以通过以下方式理解异或。 假设你有一些位，要么是 0 要么是 1，你称之为 A。现在当你对 A 进行异或 0 时，你将得到 A。 所以，如果 A 为 1，则得到 1，反之亦然。 当您对 A XOR 1 进行异或运算时，这意味着您翻转了 A。因此，如果 A 为 1，则得到 0，反之亦然。

如果你执行两次按位异或运算，即你有两个位，A和B，你设置C = A XOR B，然后执行C XOR B。那么你得到的结果是A XOR B XOR C。它要么翻转 A 的每一位两次，要么不翻转任何位。 因此，您只需按原样取回 A。

您可以将二进制 XOR 运算视为一种选择性旋转。 如果对两个数进行异或，其中一个全为1，结果就相当于一个小游戏。

5. 左移运算符：

此按位运算符将所有位向左移动一定数量的指定位。 左移运算符已经清空的位用0填充，其符号为<<。

在 C 或 C++ 中，它的工作原理是首先取两个数字，将第一个操作数的位左移，第二个操作数指示要将数字移动多少位。

句法：

<<= 5

下面是实现左移运算符的示例 C/C++ 程序：

主函数()

{

整数 = 5；

<<= 2;

count << “x :” << x << endl;

}

输出：a = 20

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6.右移运算符：

此按位运算符将所有位向右移动一定数量的指定位。 它的符号是>>。 在 C 或 C++ 中，此运算符首先取两个数字，右移第一个操作数的位，第二个操作数指定数字的移位量。

句法：

一个 >>= 5

实现右移运算符的示例 C/C++ 程序：

诠释主要（）{

整数 = 5；

一个 >> = 2;

count << “x :” << x << endl;

}

输出：a = 1

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什么时候应该在 C 和 C++ 中使用按位运算符？

• 节省空间：

按位运算符有助于节省空间。 在单个位级别工作时遇到的一个常见问题是，如果您想要更多空间或节省时间，您可能必须重新设计程序的大部分。 但是在C&C++中使用位运算符可以消除依赖； 例如，您可以使用 ~0 来获得可能的最大整数。 乘以二的位移位是一个典型的操作。 因此，它不会影响可读性，这与位操作的高级使用在某些情况下会产生影响不同。

• 加密：

如果您正在处理某种类型的加密或需要使用位字段来存储布尔属性的系统。

关于按位运算符的独特事实

• 如果不涉及进位，两个数字的按位或只是这些数字的总和。 否则，您只需添加它们的按位与。 例如，假设 x = 5(101) 和 y = 2(010)。 因为不涉及进位，所以总和就是 x|y。 但是，如果我们现在将“x”更改为 6 (110)，则总和将更改为 x|y + x&y，因为现在涉及到进位。
• 从技术面试的角度来看，按位 XOR 运算符是最有价值的。 此处讨论了与此相关的面试问题之一的示例。 “对于给定的一组数字，其中包含除了一个数字之外出现偶数次的所有元素，找出奇数出现的数字。” 您需要对所有数字进行异或才能解决此问题。
• 右移和左移按位运算符不得用于负数。 确定移位次数的第二个操作数包含一个负数，这会导致 C 和 C++ 中出现未定义的行为。 例如，1 >>- 1 和 1 << -1 的结果都是未定义的。
• 如果数字的移位超出整数的容量，则行为未指定。 例如，如果整数以 64 位格式存储，则 1 << 65 未指定。
• 如果第二个操作数（决定移位数的那个）为 0，则不会发生移位操作。

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