C语言中的位运算符

你好，未来的编程巫师们！今天，我们将开始一段激动人心的旅程，深入了解C语言中的位运算符。如果你是编程新手，别担心，我会是你友好的向导，一步一步地解释一切。所以，戴上你的学习帽，让我们开始吧！

位运算符是什么？

在开始之前，让我们先了解位运算符是什么。想象你有一排灯开关。位运算符就像特殊的工具，让你以有趣的方式控制这些开关——打开或关闭它们，甚至交换它们的状态。在计算机世界里，这些“开关”实际上是构成我们数据的位（0和1）。

现在，让我们逐个探索每个位运算符。

C语言中的位与运算符（&）

位与运算符就像一个挑剔的朋友，只有当两个输入都同意时才会说“是”。它比较两个数的每个位，只有当两个位都是1时才返回1，否则返回0。

来看一个例子：

#include <stdio.h>

int main() {
unsigned int a = 60;  // 60 = 0011 1100 二进制
unsigned int b = 13;  // 13 = 0000 1101 二进制

printf("a & b = %d\n", a & b);

return 0;
}

输出：

a & b = 12

这里发生了什么？让我们分解一下：

0011 1100  (60的二进制)
& 0000 1101  (13的二进制)
----------
0000 1100  (12的十进制)

看到它只保留两个数都是1的位吗？这就是位与运算符的魔力！

位或运算符（|）

位或运算符就像一个慷慨的朋友，只要任何一个输入同意就会说“是”。如果对应的位至少有一个是1，它就返回1。

这里有一个例子：

#include <stdio.h>

int main() {
unsigned int a = 60;  // 60 = 0011 1100 二进制
unsigned int b = 13;  // 13 = 0000 1101 二进制

printf("a | b = %d\n", a | b);

return 0;
}

输出：

a | b = 61

让我们分解一下：

0011 1100  (60的二进制)
| 0000 1101  (13的二进制)
----------
0011 1101  (61的十进制)

看到它保留了任何一个数是1的位吗？这就是位或运算符！

位异或运算符（^）

异或运算符就像一个古怪的朋友，喜欢事物是不同的。如果位是不同的，它返回1；如果相同，返回0。

让我们看看它是如何工作的：

#include <stdio.h>

int main() {
unsigned int a = 60;  // 60 = 0011 1100 二进制
unsigned int b = 13;  // 13 = 0000 1101 二进制

printf("a ^ b = %d\n", a ^ b);

return 0;
}

输出：

a ^ b = 49

这里发生了什么：

0011 1100  (60的二进制)
^ 0000 1101  (13的二进制)
----------
0011 0001  (49的十进制)

异或运算符经常用于加密，因为它易于反转。如果你用相同的值对一个数字进行两次异或，你会得到原始数字。很酷，对吧？

左移运算符（<<）

左移运算符就像一个向左移动位的传送带。它将每个位向左移动指定的位置数。

这里是如何工作的：

#include <stdio.h>

int main() {
unsigned int a = 60;  // 60 = 0011 1100 二进制

printf("a << 2 = %d\n", a << 2);

return 0;
}

输出：

a << 2 = 240

让我们分解一下：

0011 1100  (60的二进制)
<<2 (向左移动2位)
----------
1111 0000  (240的十进制)

注意到位是如何向左移动的，新的0从右边填充进来吗？此外，向左移动1位相当于乘以2。所以，向左移动2位就像乘以4！

右移运算符（>>）

右移运算符就像左移运算符的对立双胞胎。它将位向右移动。

让我们看一个例子：

#include <stdio.h>

int main() {
unsigned int a = 60;  // 60 = 0011 1100 二进制

printf("a >> 2 = %d\n", a >> 2);

return 0;
}

输出：

a >> 2 = 15

这里发生了什么：

0011 1100  (60的二进制)
>>2 (向右移动2位)
----------
0000 1111  (15的十进制)

位向右移动，新的0从左边填充进来。向右移动1位就像除以2（忽略余数）。

1的补码运算符（~）

1的补码运算符就像位的镜子。它将每个位从0翻转到1，反之亦然。

这里是如何工作的：

#include <stdio.h>

int main() {
unsigned int a = 60;  // 60 = 0011 1100 二进制

printf("~a = %u\n", ~a);

return 0;
}

输出：

~a = 4294967235

这里发生了什么？让我们分解一下：

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 1100  (60的32位二进制)
~(1的补码)
----------------------------------------
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1100 0011  (4294967235的十进制)

每个0变成了1，每个1变成了0。结果看起来很大，因为我们使用了一个无符号整数，它将所有这些1解释为一个正数。

结论

好了，各位！我们已经穿越了C语言中位运算符的土地。这些强大的工具可能一开始看起来有点棘手，但通过练习，你会发现它们非常有用，可以用于处理硬件、优化代码，甚至是某些很酷的派对技巧（如果你的派对涉及二进制数学的话）。

记住，掌握这些运算符的关键是练习。尝试编写自己的程序来使用这些运算符。用不同的数字进行实验，看看你得到的结果。在你意识到之前，你将能够轻松地进行位操作！

编程愉快，愿位永远眷顾你！

运算符	符号	描述
AND	&	如果两个位都是1，则返回1，否则返回0
OR	|	如果至少有一个位是1，则返回1，否则返回0
XOR	^	如果位不同，则返回1；如果相同，则返回0
左移	<<	将位向左移动指定的位置数
右移	>>	将位向右移动指定的位置数
1的补码	~	翻转所有位（0变成1，1变成0）

Credits: Image by storyset