Язык Си - руководство для начинающих

Для некоторых программ необходима (илн по крайней мере полезна) возможность манипулировать отдельными разрядами в байте или слове. Например, часто варианты режимов устройств ввода-вывода устанавливаются байтом, в котором каждый разряд действует как признак "включено-выключено". В языке Си есть ДВА средства, помогающие манипулировать разрядами. Во-первых, набор из шести "поразрядных" операций, выполняющихся над разрядами. Во-вторых, форма данных, называемая field (поле), дающая доступ к разрядам переменной типа int. Теперь мы кратко опишем эти характерные черты языка Си.

Операции

В языке Си предусматриваются поразрядные логические операции и операции сдвига. Далее мы будем записывать значения в двоичном коде, чтобы вы могли видеть, как выполняются операции. В реальных программах используются целые переменные или константы, записанные в обычной форме. Например, вместо (00011001) можно использовать 25 или 031, либо даже 0х19. В наших примерах будут применяться 8-разрядные числа, в которых разряды пронумерованы от 7 до 0 слева направо.

Поразрядные логические операции

Четыре операции производят действия над данными, относящимися к классу целых, включая char. Они называются "поразрядными", потому что выполняются отдельно над каждым разрядом независимо от разряда, находящегося слепа или справа.

~ : Дополнение до единицы, или поразрядное отрицание

Эта унарная операция изменяет каждую 1 на 0, а 0 на 1. Поэтому

~(10011010) == (01100101)

&: Поразрядное И

Эта бинарная операция сравнивает последовательно разряд за разрядом два операнда. Для каждого разряда результат равен 1, если только оба соответствующих разряда операндов равны 1. (В терминах "истинно-ложно" результат получается истинным, если только каждый из двух одноразрядных операндов является истинным.) Так,

(10010011) & (00111101) == (00010001)

потому что только четвертый и первый разряды обоих операндов содержат 1.

| : Поразрядное ИЛИ

Эта бинарная операция сравнивает последовательно разряд за разрядом два операнда. Для каждого разряда результат равен 1, если любой из соответствующих разрядов операндов равен 1. [В терминах "истинно-ложно" результат получается истинным, если один из двух (или оба) одноразрядных операндов является истинным.] Так,

(10010011) | (00111101) == (10111111)

потому что все разряды, кроме шестого, в одном из двух операндов имеют значение 1.

^: Поразрядное исключающее ИЛИ

Эта бинарная операция сравнивает последовательно разряд за разрядом два операнда. Для каждого разряда результат равен 1, если один нз двух (но не оба) соответствующих разрядов операндов равен 1. [В терминах "истинно-ложно" результат получается истинным, если один из двух (но не оба) одноразрядных операндов является истинным.] Поэтому

(10010011) ^ (00111101) == (10101110)

Заметим, что, поскольку нулевой разряд в обоих операндах имеет значение 1, нулевой разряд результата имеет значение 0.

Применение

Описанные выше операции часто используются для установки некоторых разрядов, причем другие разряды остаются неизменными. Например, предположим, что мы определили MASK в директиве #define MASK, равным 2, т. е. двоичному значению 00000010, имеющему ненулевое значение только в первом разряде. Тогда оператор

flags = flags & MASK;

установит все разряды flags (кроме первого) в 0, потому что любое значение разряда при выполнении операции. & дает 0, если разряд второго операнда равен 0. Однако первый разряд останется неизменным. (Если первый разряд операнда содержит 1, то результат операции 1 & 1 равен 1, а если первый разряд имеет значение 0, то 0 & 1 будет равно 0.) Аналогично оператор

flags = flags | MASK;

установит первый разряд в 1 и оставит все остальные разряды неизменными. Это происходит потому, что любое значение разряда при выполнении операции 1, если разряд второго операнда равен нулю, остается без изменения, а если разряд второго операнда равен 1, то первый разряд результата будет иметь значение 1.

Поразрядные операции сдвига

Эти операции сдвигают разряды влево или вправо. Мы снова запишем двоичные числа в явной форме, чтобы подробно показать механизм сдвига.

&& : Сдвиг влево

Эта операция сдвигает разряды левого операнда влево на число позиций, указанное правым операндом. Освобождающиеся позиции заполняются нулями, а разряды, сдвигаемые за левый предел левого операнда, теряются. Поэтому

(10001010) << 2 == 00101000

где каждый разряд сдвинулся на две позиции влево.

>> : Сдвиг вправо