1. C語言中的位操作符

因?yàn)镃語言的設(shè)計(jì)目的是取代匯編語言，所以它必須支持匯編語言所具有的運(yùn)算能力,，所以C語言支持全部的位操作符

(Bitwise Operators),。位操作是對字節(jié)或字中的位(bit)進(jìn)行測試、置位或移位處理,，在對微處理器的編程中,，特別適

合對寄存器、I/O端口進(jìn)行操作,。因而本節(jié)將對此作比較詳細(xì)地介紹,。

6種位操作符的形式與含義如下：
& ：按位“與”(AND)；
| ：按位“或”(OR),；
^ ：按位“異或”(XOR),；
~ ：“取反” (NOT)；
>> ：數(shù)據(jù)右移,；
<< ：數(shù)據(jù)左移,；

1) 按位“與”運(yùn)算
按位“與”運(yùn)算符 & 的作用是對運(yùn)算符兩側(cè)以二進(jìn)制表達(dá)的操作數(shù)按位分別進(jìn)行“與”運(yùn)算，而這一運(yùn)算是以數(shù)中相同

的位(bit)為單位的,。操作的規(guī)則是：僅當(dāng)兩個(gè)操作數(shù)都為1時(shí),，輸出的結(jié)果才為1，否則為0,。
例如：
a = 0x88,，b = 0x81,，則a & b 的運(yùn)算結(jié)果如下：

    0x88 1000 1000 a數(shù)
& 0x81 1000 0001 b數(shù)
   =           1000 0000

其中，& 運(yùn)算符讓a數(shù)0x88與B數(shù)0x81的1位與1位,、2位與2位……7位與7位分別相“與”,。由于“與”運(yùn)算的操作規(guī)則是

，兩個(gè)操作數(shù)中各位只要有1個(gè)為0,，其結(jié)果中對應(yīng)的位就為0,。而a數(shù)與b數(shù)中只有最高位(第7位)均為1，因而該位結(jié)果為1

,，其它各位結(jié)果都為0,。
通常我們可把按位“與”操作 & 作為關(guān)閉某位(即將該位置0)的手段，例如我們想要關(guān)閉a數(shù)中的第3位,，而又不影響其它

位的現(xiàn)狀,，可以用一個(gè)數(shù)0xF7，即二進(jìn)制數(shù)1111 0111去與a數(shù)作按位“與”運(yùn)算：
    0x88 1000 1000 a數(shù)
& 0xF7 1111 0111 屏蔽數(shù)
   =           1000 0000

注意,，這個(gè)數(shù)除第3位為0外,，其它各位均為1，操作的結(jié)果只會(huì)將a數(shù)中的第3位置0,，而a數(shù)的其它位不受影響,。也就是說

，若需要某個(gè)數(shù)的第n位關(guān)閉,，只需要將該數(shù)與另一個(gè)數(shù)按位相與,，另一個(gè)數(shù)除了相應(yīng)的第n位為0外，其它各位都為1,，以

起到對其它各位的屏蔽作用,。
上面的運(yùn)算可以用a = a &(0xF7) 來表示，也可以用a & =(0xF7) 來表達(dá),。這兩個(gè)表達(dá)式功能是相同的(見上節(jié)“復(fù)合賦

值運(yùn)算符”部分),，但在源程序代碼中常常見到的以第二種形式為多。

2) 按位“或”運(yùn)算
按位“或” 運(yùn)算符 | 的作用是對運(yùn)算符兩側(cè)以二進(jìn)制表達(dá)的操作數(shù)按位分別進(jìn)行“或”運(yùn)算,，而這一運(yùn)算是以數(shù)中相同

的位(bit)為單位的,。操作的規(guī)則是：僅當(dāng)兩個(gè)操作數(shù)都為0時(shí)，輸出的結(jié)果才為0,，否則為1,。
例如：
a = 0x88，b = 0x81,，則a | b 的運(yùn)算結(jié)果如下：

0x88 1000 1000 a數(shù)
| 0x81 1000 0001 b數(shù)
   =           1000 1001

通常我們可把按位“與”操作 & 作為置位(即將該位置1)的手段,，例如我們想要將a數(shù)中的第0位和1位置1，而又不影響其

它位的現(xiàn)狀，可以用一個(gè)數(shù)0x03,，即二進(jìn)制數(shù)00000011去與a數(shù)作按位“或”運(yùn)算：

0x88 1000 1000 a數(shù)
| 0x03 0000 0011 屏蔽數(shù)
   =           1000 1011

注意,，這個(gè)數(shù)除第0、1位為1外,，其它各位均為0,，操作的結(jié)果只會(huì)將a數(shù)中的第0、1位置0,，而a數(shù)的其它位不受影響,。也

就是說，若需要某個(gè)數(shù)的第n位置1,，只需要將該數(shù)與另一個(gè)數(shù)按位相“或”，另一個(gè)數(shù)除了相應(yīng)的第n位為1外,，其它各位

都為0,，以起到對其它各位的屏蔽作用。上面的運(yùn)算可以用a = a | (0xF7) 來表示,，也可以用a | =(0xF7) 來表達(dá),。

3) 按位“異或”運(yùn)算
按位“異或”運(yùn)算符 ^ 的作用是對運(yùn)算符兩側(cè)以二進(jìn)制表達(dá)的操作數(shù)按位分別進(jìn)行“異或”運(yùn)算，而這一運(yùn)算是以數(shù)中

相同的位(bit)為單位的,。異或運(yùn)算操作的規(guī)則是：僅當(dāng)兩個(gè)操作數(shù)不同時(shí),，相應(yīng)的輸出結(jié)果才為1，否則為0,。
例如：
a = 0x88,，b = 0x81，則a ^ b 的運(yùn)算結(jié)果如下：

    0x88 1000 1000 a數(shù)
^ 0x81 1000 0001 屏蔽數(shù)
=           0000 1001

按位“異或”運(yùn)算 ^ 具有一些特殊的應(yīng)用,，介紹如下：

① 按位“異或”運(yùn)算可以使特定的位取反
例如：我們想讓a數(shù)中的最低位和最高位取反,，只要用0x81，即二進(jìn)制數(shù)10000001去與它作按位“異或”運(yùn)算,，其運(yùn)算結(jié)

果同上式,。經(jīng)過操作后，最高位的值已經(jīng)由1變0,，而最低位的值也已經(jīng)由0變1,，起到了使這兩位翻轉(zhuǎn)的效果。其它位的狀

態(tài)保持不變,。
可以看到,，這個(gè)數(shù)除最低位、最高位為1外,，其它各位均為0,，操作的結(jié)果只會(huì)將a數(shù)中的第0、7位取反，而a數(shù)的其它位不

受影響,。也就是說,，若需要某個(gè)數(shù)的第n位取反，只需要將該數(shù)與另一個(gè)數(shù)按位相“異或”,，另一個(gè)數(shù)除了相應(yīng)的第n位為

1外,，其它各位都為0，以起到對其它各位的屏蔽作用,。上面的運(yùn)算可以用a = a ^ (0x81) 來表示,，也可以用a ^ =

(0x81) 來表達(dá)。

② 直接交換兩個(gè)變量的值
例如,，若有變量a = 3,，b = 4，想要交換它們的值,，可以做如下一組操作：
a ^ = b
b ^ = a
a ^ = b

首先,，a ^ = b:
    a 0000 0011
^ b 0000 0100
a =     0000 0111

其次，b ^ = a:
    b 0000 0100
^ a 0000 0111
b =     0000 0011

最后,，a ^ = b:
    a 0000 0111
^ b 0000 0011
a =     0000 0100

這樣,，a、b兩個(gè)變量中的值就進(jìn)行了對調(diào),。

4)“取反”運(yùn)算
“取反”運(yùn)算符 ~ 的作用是將各位數(shù)字取反：所有的0置為1,，1置為0。例如：
1001 0110 取反后為0110 1001,。

5) 數(shù)據(jù)右移
數(shù)據(jù)右移操作符 > > 將變量的各位按要求向右移動(dòng)若干位,。右移語句的通常形式是：
variable >>右移位數(shù)
如：
a = 1111 0000；
進(jìn)行 a = a >> 2 操作后,，a = 0011 1100,。

6) 數(shù)據(jù)左移
數(shù)據(jù)左移操作符 < < 將變量的各位按要求向左移動(dòng)若干位。左移語句的通常形式是：
variable < <左移位數(shù)
如：
a = 1111 0000,；
進(jìn)行 a = a << 2 操作后,，a =1100 0000。

無論是左移還是右移,，當(dāng)某位從一端移出時(shí),，另一端出現(xiàn)的空白將以從外面移入的0（某些計(jì)算機(jī)是送1，詳細(xì)內(nèi)容請查閱

相應(yīng)C編譯程序用戶手冊）來補(bǔ)充,。這說明,，移位不同于循環(huán)，從一端移出的位并不送回到另一端去,，移去的位永遠(yuǎn)丟失

了,，同時(shí)在另一端只能補(bǔ)上相應(yīng)位數(shù)的0,。

移位操作可用于整數(shù)的快速乘除運(yùn)算，左移一位等效于乘2,，而右移一位等效于除以2,。
如：x = 7， 二進(jìn)制表達(dá)為：0000 0111,，
x < < 1             0000 1110,，相當(dāng)于： x =2*7=14，
x < < 3             0111 0000,，相當(dāng)于： x=14*2*2*2=112
x < < 2             1100 0000,，          x= 192
在作第三次左移時(shí)，其中一位為1的位移到外面去了,，而左邊只能以0補(bǔ)齊,，因而便不等于112*2*2=448，而是等于192了

,。當(dāng)x按剛才的步驟反向移動(dòng)回去時(shí),，就不能返回到原來的值了，因?yàn)樽筮厑G掉的一個(gè)1,，再也不能找回來了：
x > > 2              0011 0000，       x=48
x > > 3              0000 0110          x=48/8=6
x > > 1              0000 0011          x=6/2=3

移位操作還可以配合其它位操作夫?qū)拇嫫骰蛘邤?shù)據(jù)I/O接口的各個(gè)位進(jìn)行設(shè)置,、檢測,，具體方法見下一節(jié)。
2.位操作符的一些實(shí)用方法介紹

1) 學(xué)會(huì)應(yīng)用復(fù)合運(yùn)算符
如前面所介紹的,，位操作運(yùn)算符可以和賦值運(yùn)算符“=”一起組成復(fù)合運(yùn)算符,。即如下5個(gè)：
<<= 、>>=,、&=,、^=、|=
其中,，x << = y,，相當(dāng)于x = x << y；
x >> = y,，相當(dāng)于x = x >> y,；
x & = y， 相當(dāng)于x = x & y,；
x ^ = y,， 相當(dāng)于x = x ^ y；
x | = y,，   相當(dāng)于x = x | y,；
學(xué)會(huì)在C語言中使用復(fù)合運(yùn)算符,，可以簡化源程序，優(yōu)化目標(biāo)程序,。

2) C 語言中一些常見的位操作方法
由于我們此處學(xué)習(xí)C 語言的目的主要是為了開發(fā)微控制器的控制程序,，為此我們特別關(guān)注一下對MPU的寄存器、I/O中某一

位的操作語句,。假如要對PORTA(端口A)的某些位進(jìn)行賦值,、置0、置1,、取反,、測試，可能會(huì)用到如一下一些語句：

① PORTA = 0x87
給整個(gè)PORTA賦值,，作用是將1000 0111這個(gè)數(shù)賦予PORTA,，即讓PORTA的第0、1,、2和7位置1,，其它位清0。

② PORTA = (1<<7)
給整個(gè)PORTA賦值,，作用等價(jià)于PORTA = 0x80,，將1000 0000這個(gè)數(shù)賦予PORTA，將指定的第7位置1,，其余各位置0,。只不

過這里包括了兩個(gè)步驟，即先是括號(hào)中的1<<7操作,，表示將0x01這個(gè)數(shù)左移7位,，其值變成0x80，再將它賦予PORTA,。

③ PORTA = (1<<7) | (1<< 3) | (1<< 2)
給整個(gè)PORTA賦值,，作用與②中的操作相同，但是是分別對7,、3,、2位置1，而將其它各位均置0,。它先要分別對三個(gè)括號(hào)中

給定的值進(jìn)行移位操作,，再將它們按位“與”，最后將值賦予PORTA,。即：

                1000 0000 (1<< 7)
                0000 1000 (1<< 3)
          |     0000 0100 (1<< 2)
   PORTA =   1000 1100

④ PORTA & = 0x80
使PORTA中的指定位清0,，等價(jià)于PORTA =PORTA & (0x80)。由于0x80的二進(jìn)制表達(dá)形式為1000 0000,，利用其最高位為1

,，其它各位均為0的特性,，作為一個(gè)模板將其等于1的那些位(如本例中的第7位)屏蔽起來，使之保持不變,，而將其它位清

0(不管原來為0還是為1),。因?yàn)镻ORTA與0x80按位“與”的結(jié)果如下：

PORTA   = 0x87 1000 0111
&          0x80 1000 0000
            =       1000 0000

操作后，第7位的原來值1被保留,，其它各個(gè)位被清0,，其中最低的3位原來為1，現(xiàn)在均為0了,。

⑤ PORTA & = (1<<7)
它也等價(jià)于PORTA & = 0x80：這里也包括了兩個(gè)步驟,，即先執(zhí)行括號(hào)中的1<<7操作，將0x01左移7位,，其值變成0x80,，再

將它與PORTA做按位“與”。
該操作將除指定的第7位以外的各個(gè)位清0,。

⑥PORTA & = ~ (1 << 7)
該指令在等號(hào)后面加了取反符號(hào) ~ ,。與上一條操作的區(qū)別是，在與PORTA做按位“與”前,，還將0x80先行取反,，將1000

0000轉(zhuǎn)換成0111 1111，再做按位“與”操作,。這樣的操作結(jié)果是將指定的第7位清零,，其它各位保持不變。

⑦ PORTA | = (1<<7)
等價(jià)于PORTA = PORTA | (1<<7),，這里也是先執(zhí)行括號(hào)中的1<<7操作，將0x01左移7位,，其值變成0x80,，再將它與PORTA

做按位“或”。
若操作前PORTA的初始值為0x07,，則：

   PORTA 0000 0111
| 0x80     1000 0000
PORTA =   1000 0111
該操作將最高位置1,，其它各位保持不變。
要注意的是,，這條指令與PORTA = (1<<7) 相比,，雖然都可以使指定的某一位置1，但它們有著不同之處,。PORTA =

(1<<7) 執(zhí)行后,，雖然某一位被置1了，但其它的位卻被修改了,，即不管PORTA的初始值為什么,，原來為1的位都會(huì)被0覆蓋

,，執(zhí)行的結(jié)果總是為1000 0000。而本條指令卻可以將其它位屏蔽起來,，在改變要設(shè)置的那一位的同時(shí),，并不改變其它位

的狀態(tài)。

3) 巧用C語言中的位操作方法

① 將寄存器的指定位置1或清0
在實(shí)際應(yīng)用中,，經(jīng)常利用：
PORTA | = (1<< n) 這條指令將寄存器的任意位置1,，而又不影響其它位的現(xiàn)有狀態(tài)。比如說,，你如果想將第4位置1,，就

使用：
PORTA | = (1<< 4) 就行了。當(dāng)然,，也可以使用：
PORTA | = (1<< 7) | (1<< 4 ) | (1<< 0) 這樣的指令一次將設(shè)第8,、5和1位置1，但又不影響到其它位的狀態(tài),。
在實(shí)際應(yīng)用中,，經(jīng)常利用：
PORTA & = ~ (1<< n) 這條指令將寄存器的任意位清0，而又不影響其它位的現(xiàn)有狀態(tài),。比如說,，你如果想將第4位清0，

就使用：
PORTA & = ~ (1<< 4) 就行了,。
在啟動(dòng)nRF905芯片向空中發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),，采用以下函數(shù)：

/* ShockBurst 發(fā)射數(shù)據(jù) */
void nrf905_TxSend(void)
{
   PORTD|=(1<<TRXCE);
   DelayUs(1);//>10us
   PORTD &= ~(1<<TRXCE);
}

其中讓PORTD中控制TRX_CE信號(hào)的那一位先置1，再清0,，輸出一高一低的脈沖信號(hào),，就在一個(gè)脈沖周期內(nèi)，完成了一次數(shù)

據(jù)發(fā)送,。因?yàn)樵诔绦虻拈_頭已經(jīng)定義TRX_CE信號(hào)為PD6位,，即TRXCE = 6，因而上面兩行程序等價(jià)于：
PORTD|=(1<< 6);
PORTD &= ~(1<< 6);

② 測試寄存器指定位的狀態(tài)
nRF905在接收數(shù)據(jù)過程中,，要分別發(fā)出CD,、AM和DR信號(hào)，而MPU也要分別對這些位進(jìn)行檢測,，看它們是否變高,，若變高，

就執(zhí)行下一步,，否則就跳出分支,，返回主程序。下面就是對這些位進(jìn)行檢測的一段函數(shù)：
/*檢查接收情況*/
void nrf905_RxRecv(void)
{
while ((PIND&(1<<CD))==0); //CD引腳置1,檢測到載波信號(hào)
while ((PIND&(1<<AM))==0); //一般先AM=1指示地址匹配對
while ((PIND&(1<<DR))==0); //DR=1時(shí)表示數(shù)據(jù)接收對而且Crc正確
//nrf905已經(jīng)接收到數(shù)據(jù)
       nrf905_ReadData(0);//讀出nrf905中的數(shù)據(jù)
}
其中有：
while   ((PIND&(1<<DR))= =0); 或者：
if   ((PIND&(1<<DR))= =0); 語句,，其功能就是對寄存器指定的位進(jìn)行測試,。
括號(hào)中是一個(gè)等式,，我們將其拆分開介紹它的作用：
1<<DR：
DR在程序的開始已經(jīng)被定義為2，(1<<DR)也就是(1<< 2),，表示將0x01左移2位,，結(jié)果為0000 0100；
PIND& (1<<DR)：
PIND為PORTD端口的8位引腳的值,，PIND& (1<<DR)表示讓它和(1<<DR) 亦即和0000 0100按位相“與”,。不管PIND的其它

位為何值，由于和0相與,，這些位的結(jié)果都為0,，我們關(guān)心的只有第2位的狀態(tài)。由于該位與1相與,，只要DR為高,，就會(huì)有：

   PIND     xxx x1xx
&          0000 0100
   結(jié)果   =   0000 0100

結(jié)果的第二位的狀態(tài)為1，也就是整個(gè)表達(dá)式：
(PIND&(1<<DR))= = 0不成立,，語句的邏輯值為0,。
若DR為低，則有：

PIND     xxxx x0xx
&          0000 0100
   結(jié)果   =   0000 0000

也就是整個(gè)表達(dá)式的結(jié)果為0,，(PIND&(1<<DR))= = 0成立,，語句的邏輯值為1。
根據(jù)括號(hào)中邏輯值的情況,，while 或者if 語句再?zèng)Q定程序的流向,。