单片机的C语言中位操作用法
作者：郭天祥
在对单处机进行编程的过程中，对位的操作是经常遇到的。C51对位的操控能力是非常强大的。从这一点上，就可以看出C不光具有高级语言的灵活性，又有低级语言贴近硬件的特点。这也是在各个领域中都可以看到C的重要原因。在这一节中将详细讲解C51中的位操作及其应用。
1、位运算符
C51提供了几种位操作符，如下表所示：
运算符
含义
运算符
含义
&
按位与
~
取反
|
按位或
<<
左移
^
按位异或
>>
右移
1）“按位与”运算符（&）
参加运算的两个数据，按二进位进行“与”运算。原则是全1为1,有0为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
那么如果参加运算的两个数为负数，又该如何算呢？会以其补码形式表示的二进制数来进行与运算。
a=-5&-3; //a=(0b 1011) & (0b1101) =0b 1001 =-7
在实际的应用中与操作经常被用于实现特定的功能：
1.清零
“按位与”通常被用来使变量中的某一位清零。如下例：
a=0xfe; //a=0b 11111110
a=a&0x55;
//使变量a的第1位、第3位、第5位、第7位清零 a= 0b 01010100
2.检测位
要知道一个变量中某一位是‘1’还是‘0’，可以使用与操作来实现。
a=0xf5; //a=0b 11110101
result=a&0x08; //检测a的第三位,result=0
3.保留变量的某一位
要屏蔽某一个变量的其它位，而保留某些位，也可以使用与操作来实现。
a=0x55; //a=0b 01010101
a=a&0x0f; //将高四位清零，而保留低四位 a=0x05
2）“按位或”运算符（｜）
参与或操作的两个位，只要有一个为‘1’，则结果为‘1’。即有‘1’为‘1’，全‘0’为‘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”运算最普遍的应用就是对一个变量的某些位置‘1’。如下例：
a=0x00; //a=0b 00000000
a=a|0x7f; //将a的低7位置为1,a=0x7f
3)“异或”运算符（＾）
异或运算符＾又被称为XOR运算符。当参与运算的两个位相同（‘1’与‘1’或‘0’与‘0’）时结果为‘0’。不同时为‘1’。即相同为0，不同为1。
0^0=0; 0^1=1; 1^0=1;1^1=0;
例如：
a=0x55^0x3f; //a=(0b01010101)^(0b00111111)=(0b01101010)=0x6a
异或运算主要有以下几种应用：
1.翻转某一位
当一个位与‘1’作异或运算时结果就为此位翻转后的值。如下例：
a=0x35; //a=0b00110101
a=a^0x0f; //a=0b00111010 a的低四位翻转
关于异或的这一作用，有一个典型的应用，即取浮点的相反数，具体的实现如下：
f=1.23; //f为浮点型变量 值为1.23
f=f*-1; //f乘以-1，实现取其相反数，要进行一次乘运算
f=1.23;
((unsigned char *)&f)[0]^=0x80; //将浮点数f的符号位进行翻转实现取相反数
2.保留原值
当一个位与‘0’作异或运算时，结果就为此位的值。如下例：
a=0xff; //a=0b11111111
a=a^0x0f; //a=0b11110000 与0x0f作异或，高四位不变，低四位翻转
3.交换两个变量的值，而不用临时变量
要交换两个变量的值，传统的方法都需要一个临时变量。实现如下：
void swap(unsigned char *pa,unsigned char *pb)
{
unsigned char temp=*pa;//定义临时变量，将pa指向的变量值赋给它
*pa=*pb;
*pb=temp; //变量值对调
}
而使用异或的方法来实现，就可以不用临时变量，如下：
void swap_xor(unsigned char *pa,unsigned char *pb)
{
*pa=*pa^*pb;
*pb=*pa^*pb;
*pa=*pa^*pb; //采用异或实现变量对调
}
从上例中可以看到异或运算在开发中是非常实用和神奇的。
4）“取反”运算符（~）
与其它运算符不同，“取反”运算符为单目运算符，即它的操作数只有一个。它的功能就是对操作数按位取反。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.对小于0的有符号整型变量取相反数
d=-1;
//d为有符号整型变量，赋值为-1，内存表示为0b 11111111 11111111
d=~d+1; //取d的相反数,d=1,内存表示0b 00000000 00000001
此例运用了负整型数在内存以补码方式来存储的这一原理来实现的。负数的补码方式是这样的：负数的{jd1}值的内存表示取反加1，就为此负数的内存表示。如-23如果为八位有符号整型数，则其{jd1}值23的内存表示为0b00010111，对其取反则为0b11101000，再加1为0b11101001，即为0XE9，与Keil仿真结果是相吻合的：
2.增强可移植性
关于“增强可移植性”用以下实例来讲解：
假如在一种单片机中unsigned char类型是八个位（1个字节），那么一个此类型的变量a=0x67，对其{zd1}位清零。则可以用以下方法：
a=0x67; //a=0b 0110 0111
a=a&0xfe; //a=0b 0110 0110
上面的程序似乎没有什么问题，使用0xfe这一因子就可以实现一个unsigned char型的变量{zd1}位清零。但如果在另一种单片机中的unsigned char类型被定义为16个位（两个字节），那么这种方法就会出错，如下：
b=0x6767; //假设b为另一种单片机中的unsigned char 类型变量，值为0b 0110 0111 0110 0111
b=b&0xfe; //如果此时因子仍为0xfe的话，则结果就为0b 0000 0000 0110 0110 即0x0066，而与0x6766不相吻合
作者：郭天祥
在对单处机进行编程的过程中，对位的操作是经常遇到的。C51对位的操控能力是非常强大的。从这一点上，就可以看出C不光具有高级语言的灵活性，又有低级语言贴近硬件的特点。这也是在各个领域中都可以看到C的重要原因。在这一节中将详细讲解C51中的位操作及其应用。
1、位运算符
C51提供了几种位操作符，如下表所示：
运算符
含义
运算符
含义
&
按位与
~
取反
|
按位或
<<
左移
^
按位异或
>>
右移
1）“按位与”运算符（&）
参加运算的两个数据，按二进位进行“与”运算。原则是全1为1,有0为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
那么如果参加运算的两个数为负数，又该如何算呢？会以其补码形式表示的二进制数来进行与运算。
a=-5&-3; //a=(0b 1011) & (0b1101) =0b 1001 =-7
在实际的应用中与操作经常被用于实现特定的功能：
1.清零
“按位与”通常被用来使变量中的某一位清零。如下例：
a=0xfe; //a=0b 11111110
a=a&0x55;
//使变量a的第1位、第3位、第5位、第7位清零 a= 0b 01010100
2.检测位
要知道一个变量中某一位是‘1’还是‘0’，可以使用与操作来实现。
a=0xf5; //a=0b 11110101
result=a&0x08; //检测a的第三位,result=0
3.保留变量的某一位
要屏蔽某一个变量的其它位，而保留某些位，也可以使用与操作来实现。
a=0x55; //a=0b 01010101
a=a&0x0f; //将高四位清零，而保留低四位 a=0x05
2）“按位或”运算符（｜）
参与或操作的两个位，只要有一个为‘1’，则结果为‘1’。即有‘1’为‘1’，全‘0’为‘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”运算最普遍的应用就是对一个变量的某些位置‘1’。如下例：
a=0x00; //a=0b 00000000
a=a|0x7f; //将a的低7位置为1,a=0x7f
3)“异或”运算符（＾）
异或运算符＾又被称为XOR运算符。当参与运算的两个位相同（‘1’与‘1’或‘0’与‘0’）时结果为‘0’。不同时为‘1’。即相同为0，不同为1。
0^0=0; 0^1=1; 1^0=1;1^1=0;
例如：
a=0x55^0x3f; //a=(0b01010101)^(0b00111111)=(0b01101010)=0x6a
异或运算主要有以下几种应用：
1.翻转某一位
当一个位与‘1’作异或运算时结果就为此位翻转后的值。如下例：
a=0x35; //a=0b00110101
a=a^0x0f; //a=0b00111010 a的低四位翻转
关于异或的这一作用，有一个典型的应用，即取浮点的相反数，具体的实现如下：
f=1.23; //f为浮点型变量 值为1.23
f=f*-1; //f乘以-1，实现取其相反数，要进行一次乘运算
f=1.23;
((unsigned char *)&f)[0]^=0x80; //将浮点数f的符号位进行翻转实现取相反数
2.保留原值
当一个位与‘0’作异或运算时，结果就为此位的值。如下例：
a=0xff; //a=0b11111111
a=a^0x0f; //a=0b11110000 与0x0f作异或，高四位不变，低四位翻转
3.交换两个变量的值，而不用临时变量
要交换两个变量的值，传统的方法都需要一个临时变量。实现如下：
void swap(unsigned char *pa,unsigned char *pb)
{
unsigned char temp=*pa;//定义临时变量，将pa指向的变量值赋给它
*pa=*pb;
*pb=temp; //变量值对调
}
而使用异或的方法来实现，就可以不用临时变量，如下：
void swap_xor(unsigned char *pa,unsigned char *pb)
{
*pa=*pa^*pb;
*pb=*pa^*pb;
*pa=*pa^*pb; //采用异或实现变量对调
}
从上例中可以看到异或运算在开发中是非常实用和神奇的。
4）“取反”运算符（~）
与其它运算符不同，“取反”运算符为单目运算符，即它的操作数只有一个。它的功能就是对操作数按位取反。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.对小于0的有符号整型变量取相反数
d=-1;
//d为有符号整型变量，赋值为-1，内存表示为0b 11111111 11111111
d=~d+1; //取d的相反数,d=1,内存表示0b 00000000 00000001
此例运用了负整型数在内存以补码方式来存储的这一原理来实现的。负数的补码方式是这样的：负数的{jd1}值的内存表示取反加1，就为此负数的内存表示。如-23如果为八位有符号整型数，则其{jd1}值23的内存表示为0b00010111，对其取反则为0b11101000，再加1为0b11101001，即为0XE9，与Keil仿真结果是相吻合的：
2.增强可移植性
关于“增强可移植性”用以下实例来讲解：
假如在一种单片机中unsigned char类型是八个位（1个字节），那么一个此类型的变量a=0x67，对其{zd1}位清零。则可以用以下方法：
a=0x67; //a=0b 0110 0111
a=a&0xfe; //a=0b 0110 0110
上面的程序似乎没有什么问题，使用0xfe这一因子就可以实现一个unsigned char型的变量{zd1}位清零。但如果在另一种单片机中的unsigned char类型被定义为16个位（两个字节），那么这种方法就会出错，如下：
b=0x6767; //假设b为另一种单片机中的unsigned char 类型变量，值为0b 0110 0111 0110 0111
b=b&0xfe; //如果此时因子仍为0xfe的话，则结果就为0b 0000 0000 0110 0110 即0x0066，而与0x6766不相吻合
