一文詳解嵌入式位運(yùn)算

敘述：

嵌入式位運(yùn)算是嵌入式系統(tǒng)中常用的優(yōu)化技巧之一，它可以通過位運(yùn)算操作來實(shí)現(xiàn)一些常見的數(shù)學(xué)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算等，從而提高程序的執(zhí)行效率。

本文就這方面進(jìn)行介紹。

我個(gè)人認(rèn)為，位操作就是取、刪、反、移位、清空、切換等這些，但是在實(shí)際中因?yàn)閷?duì)這方面的理解不夠透徹，導(dǎo)致在寫代碼時(shí)，不知道怎么操作。

位移運(yùn)算

位移運(yùn)算包括左移運(yùn)算和右移運(yùn)算，通過將二進(jìn)制數(shù)的位向左或向右移動(dòng)指定的位數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)快速的乘以或除以2的冪次方操作。 例如，將一個(gè)整數(shù)向左移動(dòng)3位，相當(dāng)于將其乘以2的3次方（即8），將一個(gè)整數(shù)向右移動(dòng)2位，相當(dāng)于將其除以2的2次方（即4）。

1int x = 10;  // 聲明一個(gè)整數(shù)變量 x，初始值為 10
2int y = x << 3;  // 將 x 左移 3 位，相當(dāng)于乘以 8
3int z = x >> 2;  // 將 x 右移 2 位，相當(dāng)于除以 4

位與運(yùn)算

位與運(yùn)算是對(duì)兩個(gè)數(shù)的每個(gè)二進(jìn)制位進(jìn)行邏輯與操作，如果兩個(gè)相應(yīng)的二進(jìn)制位都為1，則該位的結(jié)果為1，否則為0。 位與運(yùn)算常用于掩碼操作、判斷奇偶性等。

1int x = 0x0F;  // 聲明一個(gè)整數(shù)變量 x，初始值為 0x0F（二進(jìn)制為 0000 1111）
2int y = 0x03;  // 聲明一個(gè)整數(shù)變量 y，初始值為 0x03（二進(jìn)制為 0000 0011）
3int z = x & y;  // 對(duì) x 和 y 進(jìn)行位與運(yùn)算，結(jié)果為 0000 0011（十進(jìn)制為 3）

位或運(yùn)算

位或運(yùn)算是對(duì)兩個(gè)數(shù)的每個(gè)二進(jìn)制位進(jìn)行邏輯或操作，如果兩個(gè)相應(yīng)的二進(jìn)制位中至少有一個(gè)為1，則該位的結(jié)果為1，否則為0。 位或運(yùn)算常用于設(shè)置標(biāo)志位、合并掩碼等。

1int x = 0x0F;  // 聲明一個(gè)整數(shù)變量 x，初始值為 0x0F（二進(jìn)制為 0000 1111）
2int y = 0x03;  // 聲明一個(gè)整數(shù)變量 y，初始值為 0x03（二進(jìn)制為 0000 0011）
3int z = x | y;  // 對(duì) x 和 y 進(jìn)行位或運(yùn)算，結(jié)果為 0000 1111（十進(jìn)制為 15）

位異或運(yùn)算

位異或運(yùn)算是對(duì)兩個(gè)數(shù)的每個(gè)二進(jìn)制位進(jìn)行邏輯異或操作，如果兩個(gè)相應(yīng)的二進(jìn)制位不相同，則該位的結(jié)果為1，否則為0。 位異或運(yùn)算常用于取反標(biāo)志位、差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

1int x = 0x0F;  // 聲明一個(gè)整數(shù)變量 x，初始值為 0x0F（二進(jìn)制為 0000 1111）
2int y = 0x03;  // 聲明一個(gè)整數(shù)變量 y，初始值為 0x03（二進(jìn)制為 0000 0011）
3int z = x ^ y;  // 對(duì) x 和 y 進(jìn)行位異或運(yùn)算，結(jié)果為 0000 1100（十進(jìn)制為 12）

位取反運(yùn)算

位取反運(yùn)算是對(duì)一個(gè)數(shù)的每個(gè)二進(jìn)制位進(jìn)行邏輯取反操作，即將1變?yōu)?，0變?yōu)?。 位取反運(yùn)算常用于反轉(zhuǎn)標(biāo)志位、取反掩碼等。

1int x = 0x0F;  // 聲明一個(gè)整數(shù)變量 x，初始值為 0x0F（二進(jìn)制為 0000 1111）
2int y = ~x;  // 對(duì) x 進(jìn)行位取反運(yùn)算，結(jié)果為 1111 0000（十進(jìn)制為 -16）

位域操作

位域是一種將一個(gè)或多個(gè)字段打包到一個(gè)單一的機(jī)器字中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 位域可以有效地壓縮存儲(chǔ)空間，并且可以提高程序的執(zhí)行效率。 位域常用于控制寄存器、狀態(tài)寄存器等。

1struct {
2    unsigned char a : 4;  // 定義一個(gè) 4 位的無符號(hào)整數(shù)字段 a
3    unsigned char b : 3;  // 定義一個(gè) 3 位的無符號(hào)整數(shù)字段 b
4    unsigned char c : 1;  // 定義一個(gè) 1 位的無符號(hào)整數(shù)字段 c
5} bitfield;
6
7bitfield.a = 5;  // 設(shè)置字段 a 的值為 5（二進(jìn)制為 0101）
8bitfield.b = 2;  // 設(shè)置字段 b 的值為 2（二進(jìn)制為 010）
9bitfield.c = 1;  // 設(shè)置字段 c 的值為 1（二進(jìn)制為 1）

清除位：

可以使用位運(yùn)算符將特定的位設(shè)置為0。 例如，如果需要清除一個(gè)8位字節(jié)的最高位，可以使用以下代碼：

1unsigned char byte = 0xFF;
2byte &= 0x7F; // Clear the highest bit

設(shè)置位：

可以使用位運(yùn)算符將特定的位設(shè)置為1。 例如，如果需要將一個(gè)8位字節(jié)的第4位設(shè)置為1，可以使用以下代碼：

1unsigned char byte = 0x00;
2byte |= 0x10; // Set the 4th bit

反轉(zhuǎn)位：

可以使用位運(yùn)算符將特定的位取反。 例如，如果需要反轉(zhuǎn)一個(gè)8位字節(jié)的所有位，可以使用以下代碼：

1unsigned char byte = 0x55;
2byte ^= 0xFF; // Invert all bits

檢查位：

可以使用位運(yùn)算符檢查特定的位是否設(shè)置為1或0。 例如，如果需要檢查一個(gè)8位字節(jié)的第2位是否為1，可以使用以下代碼：

1unsigned char byte = 0x04;
2if (byte & 0x02) {
3    // The 2nd bit is set
4} else {
5    // The 2nd bit is not set
6}