《程序設(shè)計(jì)與C語言》課件第10章

第10章編譯預(yù)處理與位運(yùn)算10.1宏定義10.2文件包含10.3條件編譯10.4位運(yùn)算習(xí)題1010.1宏定義宏定義就是把一長串字符序列用一個簡短的名字去代替，這個名字稱為宏名，被代替的長串序列就稱為宏值。宏定義的過程是通過＃define命令實(shí)現(xiàn)的。其一般格式為： ＃define〈宏名〉〈宏值〉

〈宏名〉可以出現(xiàn)在程序中，在程序被編譯以前，預(yù)處理程序會先把〈宏名〉原封不動地替換成〈宏值〉(這稱為宏代換)，然后再去進(jìn)行編譯。

〈宏名〉可以是一個標(biāo)識符，這稱為簡單宏；也可以帶有參數(shù)，這稱為帶參數(shù)的宏。

1.簡單宏簡單宏的定義如下： ＃define〈標(biāo)識符〉〈字符序列〉例如： ＃definePI3.14159265則PI為宏名，3.14159265為宏值，如果程序中有語句：

area=PI*r*r；則預(yù)處理程序先把它代換成：

area=3.14159265*r*r；然后再交給編譯器去編譯。簡單宏在定義時應(yīng)注意以下幾個問題：

(1)宏名往往用大寫字母書寫，以突出和其他標(biāo)識符的區(qū)別，但小寫也是可以的。

(2)如果宏值過長，可在換行前加一個續(xù)行符“＼”，如：＃defineLONG-STRING″thisisalong＼

stringthatisusedintheprogram″

(3)當(dāng)宏值為表達(dá)式時，最好用圓括號括起來，以避免引起誤解。如： ＃defineA3+2程序員的原意是想讓A代表3+2這個整體，但在宏代換中，比如：

e=5/A；就會被替換成：

e=5/3+2；根據(jù)算術(shù)運(yùn)算符的優(yōu)先級，得e=3而非e=1這個預(yù)期的正確結(jié)果。這不是預(yù)處理程序誤解了你的意思，而是你誤解了預(yù)處理程序。因?yàn)楹甏鷵Q是機(jī)械地、沒有智能地去做簡單的替換工作，它不管替換后的語法和語義正確與否，因此保證宏代換正確性的責(zé)任必須由程序員承擔(dān)。如果你熟知了宏代換的操作規(guī)程，那么在宏定義時對宏值加一圓括號，就不會出現(xiàn)這樣的問題了。如定義成 ＃defineA(3+2)這樣不管怎樣使用A，都不會出現(xiàn)任何問題。

(4)宏定義可以嵌套，即前面已經(jīng)定義過的宏名又可以用到下面的宏值中去，如 ＃definePI3.14159265

＃defineTWOPI(2*PI)則對語句

c=TOWPI*r;預(yù)處理程序會替換成：

c=(2*3.14159265)*r；

(5)若宏名出現(xiàn)在字符串中，則字符串中的宏名不作代換。如： ＃defineYES1則語句

printf(“YES=%d＼n”,YES)；被處理成：

printf(“YES=%d＼n”,1)；即格式控制串中的YES不作代換。

(6)宏名的有效范圍是從定義點(diǎn)起至其所在文件末尾，或遇到取消宏定義的指令＃undef為止。對終止點(diǎn)以后的宏名還可以再定義其他宏值。如： ＃defineA100

＃undefA

＃defineA10

A代表100的有效范圍

【例10-1】宏名的有效范圍一。＃include<stdio.h>

＃defineA100main(){inti=2;printf(″i+A=%d＼n″,i+A);＃undefA＃defineA10printf(″i+A=%d＼n″,i+A);return0;}運(yùn)行輸出：

i+A=102i+A=12可以看出，A在不同的范圍內(nèi)被代換成不同的宏值。一個函數(shù)中定義的宏名只要不被取消命令取消，就仍然可以被它后面定義的函數(shù)體使用。該函數(shù)體中使用的宏名是作用范圍直到文件尾的宏名，而不是在＃undef截止范圍內(nèi)的宏名。

【例10-2】宏名的有效范圍二。＃include<stdio.h>

＃defineA100mian(){inti=2,j=3;intmax(int,int);printf(″i+A=%d＼n″,i+A);printf(″max=%d＼n″,max(i,j));＃undefA＃defineA10printf(″i+A=%d/n″,i+A);printf(″max=%d＼n″,max(i,j));return0;}

intmax(inta,intb){returna>b?a+A:b+A;}運(yùn)行輸出：

i+A=102max=13i+A=12max=13可見在max函數(shù)中用到的A是第二次定義的可作用到文件尾的A(A代表10)，而第一個A未出main函數(shù)就被取消了。

(7)宏名常用在以下方面：①用一個有意義的名字去代替含義不清的一串?dāng)?shù)字。比如用PI代表圓周率，用PAGESIZE代表每頁打印的行數(shù)等，如＃definePI3.14159265358979

＃definePAGESIZE66這樣在程序中使用PI和PAGESIZE比用3.14159265358979和66的含義明確多了，既簡單又清楚，既便于修改又可避免出錯。如果圓周率的精度要變動或每頁打印的行數(shù)要改變，只需在宏定義處修改即可，不必遍查程序去修改這兩個數(shù)，這樣就避免了如果在某一處忽略而造成大錯的可能。②用一個短的名字去代替較長的名字。如： ＃defineSTUstructstudent則

STUstud1,stud2;即等價于

structstudentstud1,stud2;這與用typedef定義類型名的作用相似，如

typedefstructstudentSTU;但這兩個其實(shí)是不相同的：宏名是在編譯預(yù)處理階段處理的，定義時不帶分號；而新類型名是在編譯階段處理的，定義時后面有分號。

(8)程序設(shè)計(jì)中常見的錯誤是宏定義時在宏值的后面加分號。如： ＃definePI3.14159；則對

s=2*PI*r會替換成

s=2*3.14159;*r；這會產(chǎn)生編譯錯誤。

2.帶參數(shù)的宏宏定義的第二種情況是宏名后面可以帶有參數(shù)，因而在宏值中也有相同的參數(shù)。帶參數(shù)宏定義的一般格式為： ＃define〈宏名〉(〈參數(shù)表〉)〈含有參數(shù)的字符序列〉如 ＃defineS(x)5*x其中，S為宏名，x為參數(shù)，5*x是帶參數(shù)的字符序列。對帶有參數(shù)的宏的處理方法是：先用替換字符去替換參數(shù)，然后再把宏展開。比如S(5)會被處理成5*5(但不是25)，即先用5去替換參數(shù)x,再把S(5)展開成5*5。定義和使用帶參數(shù)的宏時應(yīng)注意的問題有：

(1)為了不致引起誤解，宏值中間的參數(shù)要用圓括號括起來。例如，定義一個求圓面積的帶參數(shù)的宏：＃definePI3.1416

＃defineCIRCLE-AREA(x)(PI*(x)*(x))如果有語句：

area=CIRCLE-AREA(4)則會被預(yù)處理程序展開成：

area=(3.1416*(4)*(4))；因?yàn)楸磉_(dá)式只由常量組成，所以在編譯時就能計(jì)算出該表達(dá)式的值并賦給area。用圓括號把參數(shù)括起來是為了在參數(shù)是表達(dá)式時迫使編譯器以正確的順序計(jì)算表達(dá)式的值。例如，

area=CIRCLE-AREA(3+c)；則被展開成：

area=(3.1416*(3+c)*(3+c));其中圓括號使表達(dá)式以正確的順序進(jìn)行計(jì)算。如果去掉圓括號，宏會被展開成

area=3.1416*3+c*3+c；按算術(shù)運(yùn)算符的優(yōu)先級，右邊的表達(dá)式將不正確地按下式計(jì)算：

area=(3.1416*3)+(c*3)+c；

(2)宏名和后面的圓括號之間不能有空格，如有 ＃defineCUBE(a)a*a*a則預(yù)處理程序會把CUBE作為無參的宏名，而把“(a)a*a*a”作為宏值。

(3)參數(shù)表中的參數(shù)和字符序列中的參數(shù)必須一一對應(yīng)，即參數(shù)表中的參數(shù)必須全部在字符序列中出現(xiàn)；反過來，字符序列中的參數(shù)也都必須出現(xiàn)在參數(shù)表中。如 ＃defines(a,b)3*a+6

＃definies(a)a+b都是錯誤的。第一種情況是參數(shù)表中的參數(shù)b在后面未用到，因此它在參數(shù)表中的出現(xiàn)毫無意義。第二種情況是字符序列中的b未在參數(shù)表中出現(xiàn)，運(yùn)行時會出現(xiàn)錯誤。

(4)有副作用的表達(dá)式(如修改變量的值)不應(yīng)該傳遞給宏，因?yàn)楹甑膮?shù)可能會被計(jì)算多次而產(chǎn)生意想不到的結(jié)果。例如， ＃defineSQUARE(a)a*a如i=3,以++i代替參數(shù)a,則被展開成++i*++i,本來想求4的平方(16)，結(jié)果卻得到20。

(5)當(dāng)一個宏名要在另一個宏定義的宏值中出現(xiàn)時，最好將它的宏值部分括起來，以避免發(fā)生意外。

【例10-3】用求兩個數(shù)的最小值的宏來定義求三個數(shù)的最小值的宏。＃definemin2(a,b)((a)<(b)?(a):(b))＃definemin3(a,b)min2(a,b)<(c)?min2(a,b):(c)main(){inti,j,k,n;printf(″Input3integers:＼n″);scanf(″%d%d%d″,&i,&j,&k);n=min3(i,j,k);printf(″Theminimumof(%d,%d,%d)is%d＼n″,i,j,k,n);return0;}運(yùn)行輸出：Input3integers:564Theminimumof(5,6,4)is4宏定義min3(a,b,c)的宏值中用到了min2(a,b)。在對min3(a,b,c)求值時，并不是先計(jì)算出min2(a,b)的值，而是將min2(a,b)的宏值原封不動地進(jìn)行替換，這樣如果min2(a,b)的宏值中沒有最外邊的括號，則在求min3(a,b,c)的值時就會被替換成：

(a)<(b)?(a):(b)<(c)?(a)<(b)?(a):(b):(c)那么當(dāng)輸入為5，6，4時，輸出的最小值就會是5而不是4。這就是程序設(shè)計(jì)中的漏洞。當(dāng)將min2(a,b)的宏值整個地用括號括起來后，就不會出現(xiàn)這樣的問題了。

(6)用帶參的宏可以代替某些簡單的帶參函數(shù)。例如，可以用 ＃defineCIRCLE-AREA(x)(PI*(x)*(x))去代替函數(shù)：

floatcirclearea(floatx) {return3.14159*x*x；}既然兩者都能完成同樣的工作，那么帶參宏和帶參函數(shù)之間有何區(qū)別?它們各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)呢?下面具體說明。①函數(shù)調(diào)用時先對參數(shù)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算，把計(jì)算的結(jié)果作為一個值去代替形參，而宏代換時不對參數(shù)求值，如

area=circlearea(5+8);會被處理成

area=circlearea(13)；而

area=CIRCLE-AREA(5+8)；則被處理成

area=PI*(5+8)*(5+8)；②函數(shù)有形參和實(shí)參的類型匹配之說，而宏的參數(shù)沒有類型。③函數(shù)調(diào)用是在運(yùn)行時處理的，要占用運(yùn)行時間，而宏是在編譯預(yù)處理階段處理的，不占用運(yùn)行時間。④函數(shù)調(diào)用需要一些額外開銷，而宏直接把代碼插入到程序中，不會增加額外的開銷，并保持了程序的可讀性，因此對一些小的、調(diào)用次數(shù)頻繁的函數(shù)，最好用帶參的宏去代替。10.2文件包含如果在一個文件中用到了另一個文件中的某些內(nèi)容，則不必把該文件全部重復(fù)輸入到自己的文件中，只要用一個文件包含指令就可以了。預(yù)處理指令＃include可以完成這一任務(wù)。＃include指令的功能是用指定文件的一份拷貝來取代這條預(yù)處理指令。＃include指令有如下兩種格式：＃include<文件名>

＃include″文件名″這兩種格式的差別在于預(yù)處理程序查找被包含文件的路徑不同。如果用雙引號括起文件名，則預(yù)處理程序就在當(dāng)前正編譯的程序所在的目錄中查找被包含文件，該方法通常用來包含程序員定義的頭文件；而對于用尖括號括起來的文件名(多用來查找標(biāo)準(zhǔn)庫頭文件)，預(yù)處理程序就用與實(shí)現(xiàn)無關(guān)的方式查找被包含文件，通常是在預(yù)指定的目錄中查找。 ＃include指令應(yīng)出現(xiàn)在文件的開頭。文件包含的語義如圖10-1所示。即file1.c把file2.c的拷貝包含到自己的內(nèi)部，成為一個大文件，然后再一塊編譯，所以被包含文件file2.c應(yīng)當(dāng)是源文件，不應(yīng)當(dāng)是目標(biāo)文件(.obj)。頭文件不能單獨(dú)編譯，它只能和C源程序文件一起進(jìn)行編譯。圖10-1文件包含的語義使用文件包含指令時應(yīng)注意以下幾個問題：

(1)一個＃include指令只能包含一個文件，要包含多個文件就要用多個＃include指令。

(2)文件包含可以嵌套，比如文件file1中含有指令： ＃include″f2.c″而在文件f2.c中又有： ＃include<math.h>

＃include″f3.c″則file1也把f2.c中包含的文件全部包含進(jìn)來。

(3)被包含文件中的全局變量也是包含文件中的全局變量，因此在包含文件中對這些量不必再加extern說明即可加以引用。

(4)被包含文件的擴(kuò)展名一般為.h(head)，表示是在文件開頭加進(jìn)來的，其內(nèi)容可以是程序文件或數(shù)據(jù)文件，也可以是宏定義、全局變量聲明等。這些數(shù)據(jù)有相對的獨(dú)立性，可被多個文件使用，不必在多個文件中都去定義，而只需在一個文件中定義，其他文件中包含這個定義文件即可。

【例10-4】利用隨機(jī)數(shù)求圓周率π。編程思路：設(shè)有一個邊長為1的正方形ABCD，則其面積為S=1×1=1。以A為圓心，以1為半徑畫弧，得一扇形ABD，也就是四分之一圓,如圖10-2所示。扇形的面積S1=π×1×1/4=π/4。正方形面積S和該扇形面積S1相比：S/S1=4/π?，F(xiàn)在在正方形中均勻地撒上M粒沙子，其中落在扇形區(qū)域內(nèi)的有N粒，則沙粒數(shù)量之比應(yīng)該和面積之比相當(dāng)：M∶N≈S∶S1=4∶π可推出：π≈4×N/M利用隨機(jī)數(shù)函數(shù)rand()產(chǎn)生沙粒的坐標(biāo)(x,y)，則0≤x,y<1。若，則沙粒落在扇形內(nèi)。在產(chǎn)生了M個沙粒之后，就可以求出π的近似值。圖10-2程序如下：＃include<stdio.h>

＃include<math.h>

＃include<stdlib.h>

＃defineMOD32768main(){intm,n=0,i;doublex,y,pi;printf(″Input:M=?＼n″);scanf(″%d″,&m);for(i=0;i<m;i++)

{x=(double)rand()/MOD;y=(double)rand()/MOD;if(sqrt(x*x+y*y)<=1.0)n++;}pi=(double)4*n/m;printf(″n=%d,PI=%f/n″,n,pi);return0;}運(yùn)行輸出：

Input:M=?10000↙

n=7897,PI=3.158800再運(yùn)行：

Input:M=?20000↙n=15776,PI=3.155200再運(yùn)行：

Input:M=?30000↙n=23637,PI=3.151600由運(yùn)行結(jié)果可見，隨著測試數(shù)目的增加，落在1/4圓內(nèi)的比例越來越向某個定值方向趨近，所求π的近似值越來越精確。程序中因用到標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出函數(shù)，所以應(yīng)把頭文件<stdio.h>包含進(jìn)來；用到了數(shù)學(xué)函數(shù)sqrt,所以應(yīng)把頭文件<math.h>包含進(jìn)來；而隨機(jī)函數(shù)rand的原型說明在<stdlib.h>，所以也把這個頭文件包含進(jìn)來。10.3條件編譯一個程序中的所有語句并不一定要全部編譯執(zhí)行，根據(jù)一定的條件可以對其中的一部分進(jìn)行編譯。能夠控制編譯范圍的指令就是C語言提供的條件編譯指令。條件編譯指令的結(jié)構(gòu)與if選擇結(jié)構(gòu)非常類似，例如，＃if!define(NULL)

＃defineNULL0

＃endif這段描述的意思是：檢查NULL是否被定義過，如沒有被定義過，則表達(dá)式define(NULL)的結(jié)果為0，而!define(NULL)就是1，條件為真，從而執(zhí)行下面的宏定義，把NULL定義為0；如果已作過NULL的定義，則條件為假，就不執(zhí)行＃define指令。每一個＃if結(jié)構(gòu)都是以＃endif結(jié)束的?？梢园眩fdefine()縮寫為＃ifdef,把＃if!define()縮寫為＃ifndef。條件編譯的形式主要有三種。

1.＃if…＃endif形式這種形式為：＃if〈常整數(shù)表達(dá)式〉〈程序段〉

＃endif其語義是：如〈常整數(shù)表達(dá)式〉的值為真，則編譯〈程序段〉。在有多個部分的條件編譯結(jié)構(gòu)中可以用＃elif和＃else指令作為中間嵌套判斷，從而形成如下結(jié)構(gòu)：＃if〈常整數(shù)表達(dá)式1〉 〈S1〉

＃elif〈常整數(shù)表達(dá)式2〉 〈S2〉

＃elif〈常整數(shù)表達(dá)式3〉 〈S3〉

＃else 〈Sn〉

＃endif預(yù)處理程序在處理上述條件編譯命令時，先對＃if之后的表達(dá)式求值，結(jié)果是一個邏輯值，然后再根據(jù)結(jié)果是否為0來決定對某段程序是否進(jìn)行編譯。elif即elseif的縮寫。在上述各常整數(shù)表達(dá)式中不可包含強(qiáng)制轉(zhuǎn)換運(yùn)算符，因?yàn)轭A(yù)處理程序不理解這些屬于核心語言的構(gòu)件。常整數(shù)表達(dá)式中只能出現(xiàn)預(yù)定義的常量標(biāo)識符，或整常數(shù)，或字符常數(shù)等。

2.＃ifdef…＃endif形式這種形式為：＃ifdef〈標(biāo)識符〉 〈程序段〉

＃endif其語義是：如果〈標(biāo)識符〉用＃define命令定義過，則條件為真，接著編譯〈程序段〉，如〈標(biāo)識符〉未定義過，則忽略下面的〈程序段〉。

3.＃ifndef…＃endif形式這種形式為：＃ifndef〈標(biāo)識符〉〈程序段〉

＃endif其語義是：如果〈標(biāo)識符〉未被定義過，則條件為真，接下來編譯〈程序段〉，否則忽略。如前面的例子可以寫為：＃ifndefNULL

＃defineNULL0

＃endif條件編譯主要有以下用途：

(1)忽略程序的某一部分。在程序開發(fā)過程中，程序員經(jīng)常發(fā)現(xiàn)需要把一大段代碼變?yōu)樽⑨?，以防止編譯器對這段代碼進(jìn)行編譯。如果這段代碼中已含有注釋，就不能再用注釋符號“/*”和“*/”來忽略這段代碼了。這時可以使用如下預(yù)處理結(jié)構(gòu)：＃if0〈不編譯的代碼段〉

＃endif因?yàn)?代表假，所以就不編譯這段代碼，如果想讓編譯器編譯這段代碼，把0改為1就可以了。

(2)幫助程序調(diào)試。調(diào)試主要是隨時跟蹤了解變量的取值情況，看是否有異?，F(xiàn)象發(fā)生。雖然不少系統(tǒng)提供了調(diào)試程序(debugger)，但通常難以理解和使用，所以常通過使用printf語句打印變量的值來測試控制流的正確性。這些printf語句可以放在條件編譯指令間，在調(diào)試的時候編譯這些語句。例如：＃ifdefDEBUGprintf(″Variablex=%d＼n″,x);

＃endif若前面已有符號常量DEBUG的定義(即有指令＃defineDEBUG)，則編譯執(zhí)行printf語句，顯示變量x當(dāng)前的值。在調(diào)試完成后就不需再顯示x的值了，此時只需去掉前面的＃defineDEBUG指令就可以了，這樣在編譯過程中就會忽略為調(diào)試而加入的printf語句，不必在程序中一一地把這些調(diào)試語句去掉。在大型程序中可能要定義多個符號常量，用以控制對源文件中某些部分的條件編譯。10.4位運(yùn)算位運(yùn)算是體現(xiàn)C語言具有低級語言功能的最重要的特點(diǎn)之一。計(jì)算機(jī)在用于檢測和控制領(lǐng)域時都要用到位運(yùn)算的知識，而且位運(yùn)算也是計(jì)算機(jī)的基本操作。我們知道，計(jì)算機(jī)中的存儲和運(yùn)算都是以二進(jìn)制方式進(jìn)行的，而位運(yùn)算正是提供了對二進(jìn)制位進(jìn)行操作的手段，因此合理地使用位運(yùn)算可使程序的執(zhí)行效率得到提高。10.4.1位運(yùn)算符

C語言提供了6個位運(yùn)算符：&、|、~、∧、、。它們的功能分別是：按位與、按位或、取反、按位異或、左移和右移。前4個運(yùn)算符具有邏輯運(yùn)算的特點(diǎn)，故也稱為字位邏輯運(yùn)算符；后兩個具有移位的功能，故稱為字位移位運(yùn)算符。位運(yùn)算符僅作用于非浮點(diǎn)類型。

1.字位邏輯運(yùn)算符二進(jìn)制的位只有兩個值：0和1，字位邏輯運(yùn)算符的操作對象也就是0或1，運(yùn)算的結(jié)果也是0或1。另外，字位邏輯運(yùn)算還有一個特點(diǎn)：它只對相關(guān)的兩位二進(jìn)制位進(jìn)行運(yùn)算，不產(chǎn)生進(jìn)位，這是邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算的一個重要區(qū)別，因?yàn)樗阈g(shù)運(yùn)算有進(jìn)位問題。

(1)按位與運(yùn)算符&是雙目運(yùn)算符，其兩個運(yùn)算對象均是二進(jìn)制位，結(jié)果也是二進(jìn)制位。其功能為：

0&0=0,0&1=0,1&0=0,1&1=1即只有在兩個運(yùn)算對象全為1時，結(jié)果才為1，其余情況下結(jié)果均為0。

(2)按位或運(yùn)算符|也是一個雙目運(yùn)算符，其功能為：

0|0=0,0|1=1,1|0=1,1|1=1即兩個運(yùn)算對象中只要有一個為1，結(jié)果就是1。

(3)按位取反運(yùn)算符~是單目運(yùn)算符，其功能為：

~0=1,~1=0即對原來的位值進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。

(4)按位異或運(yùn)算符∧是雙目運(yùn)算符，其功能是：

0∧0=0,0∧1=1,1∧0=1,1∧1=0即當(dāng)兩個運(yùn)算對象的值相反時結(jié)果為1，相同時結(jié)果為0。它用來檢測兩個運(yùn)算對象是否不相同，不相同時為真，相同時為假。

【例10-5】設(shè)a=(9)10=(1001)2，b=(10)10=(1010)2，求a&b、a|b及a∧b。

a&b: a|b: a∧b: 1001 1001 1001 &1010 |1010 ∧1010 1000 1011 0011結(jié)果為:a&b=1000,a|b=1011,a∧b=0011。

注意：①位運(yùn)算符和邏輯運(yùn)算符的區(qū)別。&和&&，|和||,雖然它們的真值表是相同的，但&和|是對兩個數(shù)按二進(jìn)制位進(jìn)行操作，其結(jié)果是一個數(shù)，而邏輯運(yùn)算符&&和||是把兩個數(shù)作為整體進(jìn)行操作的，其結(jié)果是邏輯值。例如：

9&10=(1000)2=(8)10而9&&10=1(真) 9|10=(1011)2=(11)10而9‖10=1(真)②任何一個數(shù)和它自身的異或永遠(yuǎn)是0，而任何一個數(shù)和0異或的結(jié)果是其自身。例如，若a=1010，則：

1010 1010 ∧1010 ∧0000 0000 1010即a∧a=0,a∧0=a。按位異或運(yùn)算有個有趣的特性：對一個數(shù)據(jù)用另一個數(shù)據(jù)進(jìn)行兩次異或操作后，將恢復(fù)這個對象原來的值。即∧(∧(a,b),b)=a其中，∧(a,b)=a∧b，因此上式也就是(a∧b)∧ba∧(b∧b)=a∧0=a結(jié)合律例如，設(shè)a=1001,b=1010，則

1001 (a) 1001 (c) ∧1010 (b) ∧1010 (b) 0011 (c) 1001 (a)前一操作稱為加密過程，將a用b進(jìn)行異或運(yùn)算，結(jié)果為c；后一操作稱為解密過程，即將加密后的值c再用b進(jìn)行異或運(yùn)算，結(jié)果又恢復(fù)為a。利用這個特性，可以在不要第三變量的情況下將兩個變量進(jìn)行交換，這時只需進(jìn)行三次異或操作即可：

a=a0∧b0；(1)b=a∧b0；(2)a=a∧b；(3)從形式上看，三個賦值表達(dá)式右邊的表達(dá)式形式完全一樣(下標(biāo)0僅表示其初始值)，但是隨著賦值的進(jìn)行，它們的內(nèi)容卻在發(fā)生著變化，前面賦值運(yùn)算的結(jié)果用于后面的表達(dá)式中?？勺魅缦峦茖?dǎo)：由(2)式推導(dǎo)：

b=a∧b0(a0∧b0)∧b0=a0∧(b0∧b0)=a0∧0=a0(4)由(3)式推導(dǎo)：a=a∧b(a0∧b0)∧b(a0∧b0)∧a0(a0∧a0)∧b0=0∧b0=b0即b的終值為a的初值a0，a的終值為b的初值b0。a0和a,b0和b都用同一內(nèi)存單元，只是表示不同時間內(nèi)的不同值而已。(1)式(1)式(4)式結(jié)合按位邏輯運(yùn)算主要用在以下幾個方面：①按位與運(yùn)算&用于選取一個數(shù)的某些二進(jìn)制位。這里又有兩種情況：一是只取一個數(shù)的某幾位，其他位都不要；二是只保留一個數(shù)中某幾位的原始值，其他位全是0。要達(dá)到這樣的目的，關(guān)鍵是設(shè)計(jì)一個“掩碼”。對于第一種情況，掩碼取所需要的位數(shù)，且全部置1；對于第二種情況，掩碼和原來的數(shù)一樣長，只在需要保留的位上置1，其余全置0。掩碼確定之后，再與原數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)陌次慌c運(yùn)算，即可得到所要的結(jié)果。在一個16位的系統(tǒng)中(即一個字由兩個字節(jié)組成，共有16位二進(jìn)制位)，前8位和后8位全為1時表示的數(shù)的情況為：即：(11111111)2=(377)8 (1111111100000000)2=(177400)8因此要取一個數(shù)n的低8位，可取(377)8為掩碼：(377)8 n=n&(0377)/*八進(jìn)制數(shù)以0開頭*/同理，要取其高8位，可用(177400)8為掩碼：

n=n&(0177400)1111111111111111(377)8(177400)8

【例10-6】判斷數(shù)的奇偶性。

編程思路：一般來說，要判斷一個數(shù)的奇偶，只需用該數(shù)對2進(jìn)行求模(%)運(yùn)算，若結(jié)果為1則為奇數(shù)，若結(jié)果為0則為偶數(shù)，但如果用位運(yùn)算則速度會更快?？勺屧摂?shù)與數(shù)1進(jìn)行與運(yùn)算&。奇數(shù)的最低位為1，和1與的結(jié)果為1，代表奇數(shù)；偶數(shù)最低位為0，和1與的結(jié)果為0，代表偶數(shù)。由此可設(shè)計(jì)如下程序：

＃include<stdio.h>main(){intn;printf(″Inputaninteger:＼n″);scanf(″%d″,&n);if(n&1)printf(″%disodd!＼n″,n);elseprintf(″%diseven!＼n″,n);return0;}運(yùn)行輸出：

Inputaninteger: 9↙

9isaodd!②按位或運(yùn)算|用于將一個數(shù)指定的位置成1，其他位保持不變。例如，將3244的第4至第7位置成1，先找出所需要的掩碼(360)8(找的方法是在16位表示的整數(shù)中，令第4至第7位全為1，其余位全為0即為所求)，再與3244作按位或運(yùn)算：

n=n|03600000110010101100 (3244)|0000000011110000 (0360) 0000110011111100 (3324)

【例10-7】利用位運(yùn)算實(shí)現(xiàn)大、小寫字母的轉(zhuǎn)換。編程思路：大、小寫字母的ASCII碼的差值為32=25=(100000)2,即′A′+32=′a′，′A′和′a′的編碼分別是：

′A′:01000001′a′:01100001它們的差別在右起第6位，在大寫字母的該位上置1即變?yōu)閷?yīng)的小寫字母，在小寫字母的該位上置0則變?yōu)橄鄳?yīng)的大寫字母。對于大寫字母，可設(shè)計(jì)掩碼為(00100000)2=(32)10，然后將其與大寫字母的ASCII碼進(jìn)行按位或運(yùn)算，即可得到對應(yīng)的小寫字母；對于小寫字母，可設(shè)計(jì)掩碼為(11011111)2=(df)16=0xdf,然后將其與小寫字母的ASCII碼進(jìn)行按位與運(yùn)算，即可得到對應(yīng)的大寫字母。

【例10-8】大、小寫字母轉(zhuǎn)換。＃include<stdio.h>main{inticharc［80］;printf(″Inputastring＼n″);scanf(″%s″,c);for(i=0;i<80;i++){if(′A′<=c［i］&&c［i］<=′Z′)printf(″%c″,c［i］|32);elseif(′a′<=c［i］&c［i］<=′z′)printf(″%c″,c［i］&0xdf);if(c［i］==′＼0′)break;}return0;}運(yùn)行輸出：

InputastringSTRINGstring↙

stringSTRING③按位異或運(yùn)算∧可用于將一個數(shù)的指定位翻轉(zhuǎn)，其他位不變。方法同樣是先找出該數(shù)所需要的掩碼，再將原數(shù)與掩碼進(jìn)行異或運(yùn)算。掩碼的設(shè)計(jì)方法是：在和需要翻轉(zhuǎn)位相應(yīng)的位置1，其余位置0。例如，對3244的低字節(jié)的高4位翻轉(zhuǎn)。掩碼為：0000000011110000(360)8，則n=n∧0360為：

0000110010101100 3244∧0000000011110000 (360)8

0000110001011100 3164④取反運(yùn)算常用于掩碼的設(shè)計(jì)。如欲設(shè)計(jì)一掩碼，其最低位為0，其余位皆為1。對16位系統(tǒng)而言，其形式為：

1111111111111110對32位系統(tǒng)而言，其形式為：

11111111111111111111111111111110把它們用八進(jìn)制表示，分別是0177776和037777777776。這種由二進(jìn)制到八進(jìn)制的轉(zhuǎn)換過程，也需要一定的計(jì)算量，但如果用~1表示則相當(dāng)簡單。所以不管對16位還是32位系統(tǒng)，要對數(shù)值n的末位置0，都可以寫成下面的形式：

n=n&~1注意：~1≠-1。如對16位系統(tǒng)而言：

~1=1111111111111110 -1=1111111111111111(補(bǔ)碼表示)

~運(yùn)算符的優(yōu)先級高于算術(shù)運(yùn)算符、邏輯運(yùn)算符和其他的位運(yùn)算符，如~b&a等價于(~b)&a。

2.字位移位運(yùn)算符<<和>>這兩個運(yùn)算符的使用格式是：

〈數(shù)值〉<<〈左移位數(shù)〉〈數(shù)值〉>>〈右移位數(shù)〉例如：

a=a<<3;表示將a的二進(jìn)制表示向左移3位。結(jié)果把a(bǔ)最左邊的3位擠掉，右邊補(bǔ)3個0。若a=16，其二進(jìn)制為00010000,則a<<3之后變?yōu)?0000000，即十進(jìn)制的128，而128=16×23。由此可知，左移運(yùn)算時，若移掉的位中無1，則左移n位后的值是原值的2n倍。運(yùn)算 a>>3;是把a(bǔ)向右移3位，則移掉了a最右邊的3位，左邊補(bǔ)3個0，為00000010，即十進(jìn)制的2，它等于16除以23。由此可知，若右移n位，則移動后的值是原值的1/2n。上述規(guī)則適用于正數(shù)及無符號數(shù)。若移動的數(shù)為負(fù)數(shù)，則在向左移時，符號位上的數(shù)字會發(fā)生變化，可能為1，也可能為0，因此結(jié)果是不確定的；而右移時，對符號位有不同的處理辦法：若該位置成0則稱邏輯右移，若該位置成1則稱算術(shù)右移。例如：a:1001011111101101a>>1:0100101111110110 (邏輯右移)a>>1:1100101111110110 (算術(shù)右移)采用算術(shù)右移能保證數(shù)值的正負(fù)性不變。TurboC采用算術(shù)右移。10.4.2與位運(yùn)算有關(guān)的復(fù)合賦值運(yùn)算符位運(yùn)算符和賦值運(yùn)算符結(jié)合起來可構(gòu)成如下的復(fù)合賦值運(yùn)算符：

&=、|=、>>=、<<=、∧=復(fù)合賦值運(yùn)算符的左邊必須是變量，右邊是表達(dá)式。例如：

a<<=2;等價于

a=a<<2;又如：

b|=c；等價于

b=b|c；對兩個長度不等的數(shù)進(jìn)行位運(yùn)算時，右邊對齊，短的數(shù)的左邊或添加0(對正數(shù)或無符號數(shù))，或添加1(對負(fù)數(shù))，添加到兩個數(shù)等長后再進(jìn)行位運(yùn)算。

【例10-9】取出一個整數(shù)從右邊第m位開始的右n位。

編程思路：從右邊第m位開始的右n位距最右端的距離是m-n，所以向右移m-n位后再與適當(dāng)?shù)难诖a進(jìn)行與運(yùn)算，即可得到所需的位。這里的掩碼應(yīng)該是右邊n位為1，其余位皆為0。實(shí)現(xiàn)的方法是把~0左移n位后再取反，即~(~0<<n)。因?yàn)椋簙0=1111111111111111~0<<n=1111111111110000(設(shè)n=4)~(~0<<n)=0000000000001111于是可編程如下：＃include<stdio.h>main(){unsignedinta,m,n;printf(″Inputanunsignednumber＼n″);scanf(″%u″,&a);printf(″m=?n=?＼n″);scanf(″%d%d″,&m,&n);a=a>>(m-n)&~(~0<<n);printf(″result=%u＼n″,a);return0;}運(yùn)行輸出：

Inputanunsignednumber57↙

m=?n=?63↙result=7

57的二進(jìn)制表示為00111001，取從右端開始的第6位起的右3位，即求中間的111。

【例10-10】用位運(yùn)算把十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制和八進(jìn)制數(shù)。編程思路：首先把十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，再在此基礎(chǔ)上把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)。如何把十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)呢?可以從最高位開始，不斷求出二進(jìn)制數(shù)的各位。欲求最高位，應(yīng)找出一個合適的掩碼使得只能取最高位，這個掩碼可用1<<15來得到。在數(shù)值與該掩碼進(jìn)行一次按位與運(yùn)算之后，即可求出最高位；然后把數(shù)值左移一位，使次高位處于最高位的位置，再與掩碼進(jìn)行與運(yùn)算。如此循環(huán)，直到數(shù)的各位均被取出為止。如何轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)?可對得到的二進(jìn)制數(shù)從右向左三位一組地進(jìn)行分節(jié)，每節(jié)可轉(zhuǎn)換成一個八進(jìn)制數(shù)碼。因一個整數(shù)用16位二進(jìn)制表示，所以可分為6節(jié)，最左一節(jié)1位，其他各節(jié)均3位?？梢钥紤]設(shè)計(jì)一個只取數(shù)中三位的掩碼，讓它和被轉(zhuǎn)換數(shù)值的最右端的3位進(jìn)行與運(yùn)算，這就等于取出數(shù)值的低3位，轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)碼；然后把數(shù)值右移3位，使下一節(jié)再與掩碼進(jìn)行與運(yùn)算。每進(jìn)行一次可得到一個八進(jìn)制數(shù)碼。掩碼如何設(shè)計(jì)?因?yàn)橐?位，故可令掩碼mask=(111)2=7。用一個有6個元素的數(shù)組把在轉(zhuǎn)換過程中得到的八進(jìn)制數(shù)碼收集起來，由轉(zhuǎn)換過程可知該數(shù)組中各元素的值是按八進(jìn)制由低到高的順序排列的，因此最先生成的是最低位。要想得到正確的八進(jìn)制數(shù)，還必須把這個數(shù)組顛倒一下。另外應(yīng)考慮，倒置以后的數(shù)組很可能由于數(shù)值不大致使高位為0，因此應(yīng)去掉位于高端的無用0，直接輸出有意義的八進(jìn)制數(shù)碼。程序如下：＃include<stdio.h>voidconvtenTo2(unsigned);voidrev(unsigned［］,int);main(){unsignedi,j,m,mm,a［6］,mask=7;printf(″Inputanunsignedintegernumber:＼n″);scanf(″%u″,&m);mm=m; /*保留輸入值*/convtenTo2(m);for(j=0;i<=5;j++){a［j］=m&mask;m>>=3;}printf(″＼n″);rev(a,6);printf(″The%u′soctalnumberis:″,mm);for(i=0;i<=5;i++)printf(″%o″,a［i］); /*輸出6位八進(jìn)制數(shù)*/printf(″Theequalis:＼n(%u)10=″,mm);j=0;while(a［j］==0) /*去掉前導(dǎo)0*/j++;printf(″(″)；for(i=j;i<=5;i++)printf(″%o″,a［i］);printf(″)8＼n″);return0;}voidrev(unsignedb［］,intn){inti,j=n/2,t;for(i=0;i<j;i++,n--){t=b［i］;/*數(shù)組兩端元素對調(diào)*/b［i］=b［n-1］；

b［n-1］=t；

}}voidconvtenTo2(unsigneda){unsignedmask,i;mask=1<<15;printf(″＼n%u′sbinarynumberis:＼n(%u)10=″,a,a);printf(″(″);for(i=1;i<=16;i++){printf(″%c″,a&mask?′1′:′0′);a<<=1;if(i%8==0)putchar(′′);}printf(″)2″);putchar(′＼n′)；

}