在對單處機進行編程的過程中，對位的操作是經常遇到的。C51對位的操控能力是非常強大的。從這一點上，就可以看出C不光具有高級語言的靈活性，又有低級語言貼近硬件的特點。這也是在各個領域中都可以看到C的重要原因。在這一節中將詳細講解C51中的位操作及其應用。 1、位運算符 C51提供了幾種位操作符，如下表所示： 運算符 含義 運算符 含義 & 按位與 ~ 取反 | 按位或 << 左移 ^ 按位異或 >> 右移 1）“按位與”運算符（&） 參加運算的兩個數據，按二進位進行“與”運算。原則是全1為1,有0為0,即： 0&0=0; 0&1=0; 1&0=0; 1&1=1; 如下例： a=5&3; //a=(0b 0101) & (0b 0011) =0b 0001 =1 那么如果參加運算的兩個數為負數，又該如何算呢？會以其補碼形式表示的二進制數來進行與運算。 a=-5&-3; //a=(0b 1011) & (0b1101) =0b 1001 =-7 在實際的應用中與操作經常被用於實現特定的功能： 1.清零 “按位與”通常被用來使變量中的某一位清零。如下例： a=0xfe; //a=0b 11111110 a=a&0x55; //使變量a的第1位、第3位、第5位、第7位清零 a= 0b 01010100 2.檢測位 要知道一個變量中某一位是‘1’還是‘0’，可以使用與操作來實現。 a=0xf5; //a=0b 11110101 result=a&0x08; //檢測a的第三位,result=0 3.保留變量的某一位 要屏蔽某一個變量的其它位，而保留某些位，也可以使用與操作來實現。 a=0x55; //a=0b 01010101 a=a&0x0f; //將高四位清零，而保留低四位 a=0x05 2）“按位或”運算符（｜） 參與或操作的兩個位，只要有一個為‘1’，則結果為‘1’。即有‘1’為‘1’，全‘0’為‘0’。 0|0=0; 0|1=1; 1|0=1; 1|1=1; 例如： a=0x30|0x0f; //a=(0b00110000)|(0b00001111)=(0b00111111)=0x3f “按位或”運算最普遍的應用就是對一個變量的某些位置‘1’。如下例： a=0x00; //a=0b 00000000 a=a|0x7f; //將a的低7位置為1,a=0x7f 3)“異或”運算符（＾） 異或運算符＾又被稱為XOR運算符。當參與運算的兩個位相同（‘1’與‘1’或‘0’與‘0’）時結果為‘0’。不同時為‘1’。即相同為0，不同為1。 0^0=0; 0^1=1; 1^0=1;1^1=0; 例如： a=0x55^0x3f; //a=(0b01010101)^(0b00111111)=(0b01101010)=0x6a 異或運算主要有以下幾種應用： 1.翻轉某一位 當一個位與‘1’作異或運算時結果就為此位翻轉后的值。如下例： a=0x35; //a=0b00110101 a=a^0x0f; //a=0b00111010 a的低四位翻轉 關於異或的這一作用，有一個典型的應用，即取浮點的相反數，具體的實現如下： f=1.23; //f為浮點型變量 值為1.23 f=f*-1; //f乘以-1，實現取其相反數，要進行一次乘運算 f=1.23; ((unsigned char *)&f)[0]^=0x80; //將浮點數f的符號位進行翻轉實現取相反數 2.保留原值 當一個位與‘0’作異或運算時，結果就為此位的值。如下例： a=0xff; //a=0b11111111 a=a^0x0f; //a=0b11110000 與0x0f作異或，高四位不變，低四位翻轉 3.交換兩個變量的值，而不用臨時變量 要交換兩個變量的值，傳統的方法都需要一個臨時變量。實現如下： void swap(unsigned char *pa,unsigned char *pb) { unsigned char temp=*pa;//定義臨時變量，將pa指向的變量值賦給它 *pa=*pb; *pb=temp; //變量值對調 } 而使用異或的方法來實現，就可以不用臨時變量，如下： void swap_xor(unsigned char *pa,unsigned char *pb) { *pa=*pa^*pb; *pb=*pa^*pb; *pa=*pa^*pb; //采用異或實現變量對調 } 從上例中可以看到異或運算在開發中是非常實用和神奇的。 4）“取反”運算符（~） 與其它運算符不同，“取反”運算符為單目運算符，即它的操作數只有一個。它的功能就是對操作數按位取反。也就是是‘1’得‘0’，是‘0’得‘1’。 ~1=0; ~0=1; 如下例： a=0xff; //a=0b11111111 a=~a; //a=0b00000000 1.對小於0的有符號整型變量取相反數 d=-1; //d為有符號整型變量，賦值為-1，內存表示為0b 11111111 11111111 d=~d+1; //取d的相反數,d=1,內存表示0b 00000000 00000001 此例運用了負整型數在內存以補碼方式來存儲的這一原理來實現的。負數的補碼方式是這樣的：負數的絕對值的內存表示取反加1，就為此負數的內存表示。如-23如果為八位有符號整型數，則其絕對值23的內存表示為0b00010111，對其取反則為0b11101000，再加1為0b11101001，即為0XE9，與Keil仿真結果是相吻合的： 2.增強可移植性 關於“增強可移植性”用以下實例來講解： 假如在一種單片機中unsigned char類型是八個位（1個字節），那么一個此類型的變量a=0x67，對其最低位清零。則可以用以下方法： a=0x67; //a=0b 0110 0111 a=a&0xfe; //a=0b 0110 0110 上面的程序似乎沒有什么問題，使用0xfe這一因子就可以實現一個unsigned char型的變量最低位清零。但如果在另一種單片機中的unsigned char類型被定義為16個位（兩個字節），那么這種方法就會出錯，如下： b=0x6767; //假設b為另一種單片機中的unsigned char 類型變量，值為0b 0110 0111 0110 0111 b=b&0xfe; //如果此時因子仍為0xfe的話，則結果就為0b 0000 0000 0110 0110 即0x0066，而與0x6766不相吻合 上例中的問題就是因為不同環境中的數據類型差異所造成的，即程序的可移植性不好。對於這種情況可以采用如下方法來解決： a=0x67; //a=0b 0110 0111 a=a&~1; //在不同的環境中~1將自動匹配運算因子，實現最后一位清零 a=0x66 其中~1為 0b 11111110 b=0x6767; //a=0b 0110 0111 0110 0111 b=a&~1; //~1=0b 1111 1111 1111 1110，b=0b 0110 0111 0110 0110 ，即0x6766 5）左移運算符（<<） 左移運算符用來將一個數的各位全部向左移若干位。如： a=a<<2 表示將a的各位左移2位，右邊補0。如果a=34(0x22或0b00100010)，左移2位得0b10001000，即十進制的136。高位在左移后溢出，不起作用。 從上例可以看到，a被左移2位后，由34變為了136，是原來的4倍。而如果左移1位，就為0b01000100，即十進制的68，是原來的2倍，很顯然，左移N位，就等於乘以了2N。但一結論只適用於左移時被溢出的高位中不包含‘1’的情況。比如： a=64; //a=0b 0100 0000 a=a<<2; //a=0b 0000 0000 其實可以這樣來想，a為unsigned char型變量，值為64，左移2位后等於乘以了4，即64X4＝256，而此種類型的變量在表達256時，就成為了0x00，產生了一個進位，即溢出了一個‘1’。 在作乘以2N這種操作時，如果使用左移，將比用乘法快得多。因此在程序中適應的使用左移，可以提高程序的運行效率。 6）右移運算符 右移與左移相類似，只是位移的方向不同。如：a=a>>1 表示將a的各位向右移動1位。與左移相對應的，左移一位就相當於除以2，右移N位，就相當於除以2N。 在右移的過程中，要注意的一個地方就是符號位問題。對於無符號數右移時左邊高位移和‘0’。對於有符號數來說，如果原來符號位為‘0’，則左邊高位為移入‘0’，而如果符號位為‘1’，則左邊移入‘0’還是‘1’就要看實際的編譯器了，移入‘0’的稱為“邏輯右移”，移入‘1’的稱為“算術右移”。Keil中采用“算術右移”的方式來進行編譯。如下： d=-32; //d為有符號整型變量，值為-32，內存表示為0b 11100000 d=d>>1;//右移一位 d為 0b 11110000 即-16，Keil采用"算術邏輯"進行編譯 7）位運算賦值運算符 在對一個變量進行了位操作中，要將其結果再賦給該變量，就可以使用位運算賦值運算符。位運算賦值運算符如下： &=, |=,^=,~=,<<=, >>= 例如：a&=b相當於a=a&b,a>>=2相當於a>>=2。 8）不同長度的數據進行位運算 如果參與運算的兩個數據的長度不同時，如a為char型，b為int型，則編譯器會將二者按右端補齊。如果a為正數，則會在左邊補滿‘0’。若a為負數，左邊補滿‘1’。如果a為無符號整型，則左邊會添滿‘0’。 a=0x00; //a=0b 00000000 d=0xffff; //d=0b 11111111 11111111 d&=a; //a為無符號型，左邊添0，補齊為0b 00000000 00000000，d=0b 00000000 00000000