C語言位操作完全指南：位運算、移位技巧與實戰應用

編輯：關於C語言

為什麼要學位操作？

C 語言被稱為「中級語言」，因其能直接操作硬件。位操作是底層編程、嵌入式開發、驅動程序編寫、高性能算法的基石。掌握位運算，即掌握了對計算機最基本存儲單元——位的控制權。

一、位的基本概念

1 字節 = 8 位（現代系統亦有 16/32/64 位字長，但字節仍為 8 位）。
無符號字節範圍：0~255（00000000~11111111）。
位編號：通常從右向左，第 0 位為最低位（LSB），第 7 位為最高位（MSB）。
示例：char c = 100; 二進制 01100100（十六進制 0x64）。

二、四大位邏輯運算符詳解

運算符	名稱	類型	規則	典型用途
`&`	位與	雙目	同為 1 結果 1，否則 0	清零特定位、掩碼檢測
`\|`	位或	雙目	同為 0 結果 0，否則 1	置位特定位、合併標誌
`^`	位異或	雙目	相同為 0，不同為 1	翻轉特定位、加密、校驗
`~`	取反/補碼	單目	0 變 1，1 變 0	生成掩碼、位翻轉

僅限整型表達式使用。

實戰技巧：位的設置、清零、翻轉

// 設置第 6 位為 1（掩碼 0x40 = 01000000）
c = c | 0x40;

// 清零第 6 位（掩碼 0xBF = 10111111）
c = c & 0xBF;

// 翻轉第 6 位（掩碼 0x40）
c = c ^ 0x40;

// 僅保留第 6 位，其餘清零
c = c & 0x40;

三、移位運算符：高效乘除法與位對齊

運算符	名稱	行為	數學等價
`<<`	左移	低位補 0，高位丟棄	乘以 2ⁿ
`>>`	右移	無符號高位補 0；有符號保持符號位（算術右移）	除以 2ⁿ（向下取整）

int a = 5;      // 00000101
int b = a << 2; // 00010100 = 20 (5*4)
int c = a >> 1; // 00000010 = 2  (5/2)

注意：移位數不得超過類型位寬，否則行為未定義。

四、經典實戰：統計整數中二進制 1 的個數

問題：輸入整數，輸出其二進制表示中 1 的個數。如 67 (0x43) → 3。

#include <stdio.h>

int countOnes(int num) {
    int count = 0;
    while (num) {
        count += num & 1;  // 檢查最低位
        num >>= 1;       // 右移一位
    }
    return count;
}

int main() {
    int num;
    scanf("%d", &num);
    printf("%d\n", countOnes(num));
    return 0;
}

進階優化：num &= (num - 1) 可直接清除最低位的 1，循環次數等於 1 的個數（Brian Kernighan 算法）。