C 語言位運算詳解：逐位操作核心技巧

所謂位運算，即對二進位制中的單一位元進行操作。位元是電腦儲存資料的最小單位，8 個位元組成一個位元組。C 語言提供六種位運算子，分別為：

按位與運算（&）

只有參與運算的兩個位元都為 1 時，結果才為 1。例如 9 & 5：

    0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001  (9)
&  0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101  (5)
--------------------------------------------------
    0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001  (1)

結果為 1。負數以補碼形式儲存，-9 & 5 結果為 5。

常見用途： 清零特定位元、保留特定位元。例如 n & 0xFFFF 可保留低 16 位，清零高 16 位。

按位或運算（|）

參與運算的兩個位元有一個為 1 即結果為 1。9 | 5 結果為 13，-9 | 5 結果為 -9。

常見用途： 設定特定位元為 1。例如 n | 0xFFFF0000 將高 16 位設為 1。

按位異或運算（^）

兩個位元不同時結果為 1，相同時為 0。9 ^ 5 結果為 12，-9 ^ 5 結果為 -14。

常見用途： 翻轉特定位元。例如 n ^ 0xFFFF0000 翻轉高 16 位。

取反運算（~）

單目運算子，將每個位元反轉。~9 結果為 -10，~-9 結果為 8。

左移運算（<<）

將位元向左移動指定位數，高位捨棄，低位補 0。9 << 3 結果為 72（相當於乘以 2³）。負數左移同理，(-9) << 3 結果為 -72。

右移運算（>>）

將位元向右移動，低位捨棄，高位補符號位（正數補 0，負數補 1）。9 >> 3 結果為 1，(-9) >> 3 結果為 -2（相當於除以 2³ 並向下取整）。

程式驗證範例

#include <stdio.h>
int main() {
    int n = 0x8FA6002D;
    printf("%d, %d, %X\n", 9 & 5, -9 & 5, n & 0xFFFF);  // 1, 5, 2D
    printf("%d, %d, %X\n", 9 | 5, -9 | 5, n | 0xFFFF0000); // 13, -9, FFFF002D
    printf("%d, %d, %X\n", 9 ^ 5, -9 ^ 5, 0x0A07002D ^ 0xFFFF0000); // 12, -14, F5F8002D
    printf("%d, %d\n", ~9, ~-9); // -10, 8
    printf("%d, %d\n", 9 << 3, (-9) << 3); // 72, -72
    printf("%d, %d\n", 9 >> 3, (-9) >> 3); // 1, -2
    return 0;
}

關鍵提醒

位運算是針對記憶體中的二進位補碼表示進行運算，而非數學上的二進位形式。負數在記憶體中以補碼儲存，與其絕對值的二進位形式截然不同，請務必區分。