位运算符详解

在 C 语言中，位运算符（Bitwise Operators）用于对整数类型（如 int, unsigned int, long, char 等）的二进制位进行操作。这些操作比算术运算更底层，常用于嵌入式开发、驱动开发、图像处理、网络协议、加密等场景。

下面是 C 语言中所有的位运算符及其详解：

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一、位运算符列表

运算符	名称	功能说明
&	位与（AND）	两个二进制位都为1，结果才为1
`	`	位或（OR）
^	位异或（XOR）	两个二进制位不同，结果为1；相同则为0
~	位取反（NOT）	把每一个二进制位取反（0变1，1变0）
<<	左移	把二进制位向左移动n位，右侧补0
>>	右移	把二进制位向右移动n位，左侧视符号位补0或补1（有符号类型）

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二、详细说明与示例

1️⃣ 位与 &

int a = 6;  // 00000110
int b = 3;  // 00000011
int c = a & b;  // 00000010 => 2

说明：只有两个数的对应位都为1时结果才为1。

用途：常用于**位掩码(mask)**操作，比如提取特定位。

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2️⃣ 位或 |

int a = 6;  // 00000110
int b = 3;  // 00000011
int c = a | b;  // 00000111 => 7

说明：只要有一位为1，结果就是1。

用途：常用于设置某些位为1。

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3️⃣ 位异或 ^

int a = 6;  // 00000110
int b = 3;  // 00000011
int c = a ^ b;  // 00000101 => 5

说明：相同为0，不同为1。

用途：

• 清除相同的位

• 交换两个值而不用临时变量（见技巧）

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4️⃣ 位取反 ~

int a = 6;  // 00000110
int b = ~a; // 11111001 (补码) => -7

说明：每一位都取反。

注意：结果是补码形式，需注意符号位。

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5️⃣ 左移 <<

int a = 3;      // 00000011
int b = a << 1; // 00000110 => 6

说明：相当于 乘以2的n次方，比如 a << 3 等价于 a * 8。

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6️⃣ 右移 >>

int a = 8;       // 00001000
int b = a >> 2;  // 00000010 => 2

说明：相当于 除以2的n次方，对正数效果一致。

⚠️ 有符号数右移时，符号位可能会扩展（即负数右移高位补1），称为算术右移。而无符号数右移通常为逻辑右移（高位补0）。

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三、常见位运算技巧

✅ 检查某位是否为 1

if (a & (1 << n)) {
    // 第 n 位是 1
}

✅ 设置某一位为 1

a |= (1 << n);

✅ 清除某一位（置为0）

a &= ~(1 << n);

✅ 取某一位的值（0 或 1）

int bit = (a >> n) & 1;

✅ 交换两个整数（不使用临时变量）

a = a ^ b;
b = a ^ b;
a = a ^ b;

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四、位运算注意事项

1. 只能用于整数类型，不能直接对浮点数、指针等进行位操作。

2. 运算优先级较低，在表达式中建议使用括号明确运算顺序。

3. 使用位移时，小心超出位数范围可能导致未定义行为。

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五、实战例子：位掩码定义权限

#define READ    0x01  // 00000001
#define WRITE   0x02  // 00000010
#define EXECUTE 0x04  // 00000100

int permission = READ | WRITE;

// 检查是否有写权限
if (permission & WRITE) {
    printf("Can write\n");
}

// 关闭写权限
permission &= ~WRITE;