![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Поразрядные (битовые) операции
Побитовые операции рассматривают операнды как упорядоченные наборы битов, Операции сдвига - < < и > > - бинарные операции. Операнды целого типа. Результат также целого типа. Формат записи:
< Операнд 1 > < < < Операнд 2 > - сдвиг влево < Операнд 1 > > > < Операнд 2 > - сдвиг вправо
Операции выполняют копирование битов двоичного представления первого операнда с сдвигом на количество разрядов, указанное во втором операнду, в соответствующем направлении. Значение второго операнда должно быть больше или равно 0 и меньше количества двоичных разрядов первого операнда, иначе результат выполнения операций не гарантирован (зависит от реализации, но обычно равен 0). Примеры:
unsigned a = 20, n = 3, r; r = a < < n; cout < < r < < endl; // На экран выведено 160 r = a > > n; cout < < r < < endl; // На экран выведено 2 Иллюстрация:
Номер разряда: 31 30 … 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Значение a: 0 0 … 0 0 0 0 1 0 1 0 0 = 20 Операция: a < < n Значение r: 0 0 … 0 1 0 1 0 0 0 0 0 = 160 Операция: a > > n Значение r: 0 0 … 0 0 0 0 0 0 0 1 0 = 2
Операция сдвига влево осуществляет перемещение битов левого операнда a в сторону больших разрядов на количество разрядов, равное значению правого операнда n. Это эквивалентно умножению значения a на 2 в степени n (20 * 8 = 160). Операция сдвига вправо осуществляет перемещение битов левого операнда a в сторону меньших разрядов на количество разрядов, равное значению правого операнда n. Это эквивалентно делению значения a на 2 в степени n (целочисленное деление 20 / 8 = 2). Используя операцию сдвига влево очень просто получить любую целую степень двойки в диапазоне степеней равной количеству двоичных разрядов правого операнда без 1. Например, так:
1U < < 20 - равно 2 в степени 20, то есть 1048576 При сдвиге влево (в сторону старших разрядов), освобождающиеся младшие разряды замещаются 0 (нулями). При сдвиге вправо возможны две ситуации: если первый операнд беззнаковый (unsigned), то освобождающиеся старшие разряды замещаются 0; если же первый операнд знаковый, то освобождающиеся старшие разряды замещаются либо знаковым разрядом, либо 0 (нет гарантии - зависит от реализации).
Поразрядные логические операции К этой группе операций относятся: · ~ - побитовое отрицание (побитовое НЕ) - унарная операция; · & - побитовая конъюнкция (побитовое И) - бинарная операция; · | - побитовая дизъюнкция (побитовое ИЛИ) - бинарная операция; · ^ - побитовое исключающее ИЛИ - бинарная операция. Операндами этих операций целочисленных типов данных. Результат также целочисленный. Операция побитовое отрицание (~) осуществляет инвертирование всех байтов двоичного представления своего операнда. Например:
int a = 14, r; r = ~a; cout < < r < < endl; // На экран выведено -15 Иллюстрация:
Номер разряда: 31 30 … 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Значение a: 0 0 … 0 0 0 0 0 1 1 1 0 = 14 Значение r = ~a: 1 1 … 1 1 1 1 1 0 0 0 1 = -15
Остальные операции выполняют соответствующую логическую операцию над каждой парой соответствующих разрядов первого и второго операндов, интерпретируя значения двоичных разрядов как логические значения (1 - true; 0 - false). Например:
int a = 14, b = 7, r; r = a & b; cout < < r < < endl; // На экран выведено 6 r = a | b; cout < < r < < endl; // На экран выведено 15 r = a ^ b; cout < < r < < endl; // На экран выведено 9 Иллюстрация:
Номер разряда: 31 30 … 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Значение a: 0 0 … 0 0 0 0 0 1 1 1 0 = 14 Значение b: 0 0 … 0 0 0 0 0 0 1 1 1 = 7 Операция: a & b Значение r: 0 0 … 0 0 0 0 0 0 1 1 0 = 6 Операция: a | b Значение r: 0 0 … 0 0 0 0 0 1 1 1 1 = 15 Операция: a ^ b Значение r: 0 0 … 0 0 0 0 0 1 0 0 1 = 9
Использование побитовых операций Как уже говорилось, побитовые операции используются для обработки отдельных двоичных разрядов памяти. Для манипулирования отдельным битом необходимо научиться делать следующее: · определять значение заданного бита; · устанавливать значение заданного бита в значение 0 или 1; · инвертировать значение заданного бита.
Это можно сделать так:
unsigned a = 1234; // Целое значение, битами которого мы будем управлять unsigned short n = 4; // Номер необходимого бита (от 0 до 31) bool r; // Значение результата (0 или 1)
/* Узнаем, чему равен n -й бит (двоичный разряд) значения a. Результат поместим в переменную r */ r = a & (1U < < n); cout < < " Разряд с номером " < < n < < " равен " < < r < < endl; // значение 1
/* Установим n -й бит (двоичный разряд) значения a в 0. Результат поместим в переменную а */ a = a & (~ (1U < < n)); cout < < " Значение а равно " < < a < < endl; // значение 1218 /* Проверяем */ r = a & (1U < < n); cout < < " Разряд с номером " < < n < < " равен " < < r < < endl; // значение 0
/* Возвращаем n -й бит (двоичный разряд) значения a в 1. Результат поместим в переменную а */ a = a | (1U < < n); cout < < " Значение а равно " < < a < < endl; // значение 1234 /* Проверяем */ r = a & (1U < < n); cout < < " Разряд с номером " < < n < < " равен " < < r < < endl; // значение 1
/* Инвертируем n -й бит (двоичный разряд) значения a. Результат поместим в переменную а */ a = a ^ (1U < < n); cout < < " Значение а равно " < < a < < endl; // значение 1218 /* Проверяем */ r = a & (1U < < n); cout < < " Разряд с номером " < < n < < " равен " < < r < < endl; // значение 0
/* Еще раз инвертируем n -й бит (двоичный разряд) значения a. Результат поместим в переменную а */ a = a ^ (1U < < n); cout < < " Значение а равно " < < a < < endl; // значение 1234 /* Проверяем */ r = a & (1U < < n); cout < < " Разряд с номером " < < n < < " равен " < < r < < endl; // значение 1
Изменяя значение переменной n в диапазоне от 0 до 31 можно выполнить все эти действия над любым битом переменной a какое бы значение она не содержала.
Таким образом, для того, чтобы узнать, чему равен двоичный разряд с номером n в значении переменной a, мы воспользовались выражением
a & (1U < < n).
Иллюстрация вычисления этого выражения:
Номер разряда: 31 30 … 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
1U < < n: 0 0 … 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 Значение a: 0 0 … 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 = 1234 a & (1U < < n): 0 0 … 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 = 16
Результатом вычисления этого выражения является целое значение не равное 0. Операция присваивания этого значения логической переменной r автоматически преобразует целое значение 16 в логическое значение true (т.е. 1). Если бы значение a имело бы разряд с номером 4 равным 0, то результатом вычисления этого выражения было бы значение 0. При выполнении операции присваивания это значение было бы преобразовано в логическое значение false (т.е. 0).
Для установки значения разряда с номером n в переменной a в значение 0 используется выражение
a & (~ (1U < < n)).
Иллюстрация вычисления этого выражения:
Номер разряда: 31 30 … 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
1U < < n: 0 0 … 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 ~ (1U < < n): 1 1 … 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 Значение a: 0 0 … 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 = 1234 a & (1U < < n): 0 0 … 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 = 1218
Для установки значения разряда с номером n в переменной a в значение 1 используется выражение
a | (1U < < n).
Иллюстрация вычисления этого выражения:
Номер разряда: 31 30 … 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
1U < < n: 0 0 … 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 Значение a: 0 0 … 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 = 1218 a | (1U < < n): 0 0 … 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 = 1234
Для инвертирования значения разряда с номером n в переменной a используется выражение
a ^ (1U < < n).
Иллюстрация вычисления этого выражения при a = 1218:
Номер разряда: 31 30 … 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
1U < < n: 0 0 … 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 Значение a: 0 0 … 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 = 1218 a ^ (1U < < n): 0 0 … 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 = 1234
Но, если a = 1234, то:
Номер разряда: 31 30 … 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
1U < < n: 0 0 … 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 Значение a: 0 0 … 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 = 1234 a ^ (1U < < n): 0 0 … 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 = 1218
В C++ имеются и другие средства работы с отдельными битами, но они будут рассмотрены позже.
|