C_位运算符及其在单片机寄存器的操作

C语言的位运算符用于直接操作二进制位，本篇简单结束各个位运算符的作业及其在操作寄存器的应用场景。

一、位运算符的简单说明

1、按位与运算符（`&`）

功能：按位与运算符对两个操作数的每一位执行与操作。如果两个对应的二进制位都是1，则结果为1，否则为0。（有0为0，全1为1）

示例：

int a = 5;  // 0101
int b = 3;  // 0011
int result = a & b;  // 0001 -> 1

2、按位或运算符（`|`）

功能：按位或运算符对两个操作数的每一位执行或操作。如果两个对应的二进制位中至少有一个是1，则结果为1，否则为0。（有1为1，全0为0）

示例：

int a = 5;  // 0101
int b = 3;  // 0011
int result = a | b;  // 0111 -> 7

3、按位异或运算符（`^`）

功能：按位异或运算符对两个操作数的每一位执行异或操作。如果两个对应的二进制位相同，则结果为0；如果不同，则结果为1。（相同为1，不同为0）

示例：

int a = 5;  // 0101
int b = 3;  // 0011
int result = a ^ b;  // 0110 -> 6

补充： 按位异或运算符也可以用来交换2个变量的数值。交换2个变量1的数值我们常用的方法是定义一个临时变量来暂时存储一个变量的值，当如果不想多定义一个变量就可以采用按位异或运算符来操作，具体方法如下：

4、按位取反运算符（`~`）

功能：按位取反运算符对操作数的每一位执行取反操作，即将0变为1，将1变为0。（0变1，1变0）

示例：

int a = 5;  // 0101
int result = ~a;  // 1010 -> -6（在补码表示下）

5、左移运算符（`<<`）

功能：左移运算符将操作数的二进制位向左移动指定的位数。左移时，空出的低位用0填充。（整体左移，低位补0，高位不一定舍弃）
说明: 整体左移后结果取决于赋值给什么类型的变量，从低到高截位，并不是简单的高位舍弃如果高位没有舍弃，数据左移一位就扩大一倍。如图：

示例：

int a = 5;  // 0101
int result = a << 1;  // 1010 -> 10

6、右移运算符（`>>`）

功能：右移运算符将操作数的二进制位向右移动指定的位数。对于无符号数，空出的高位用0填充；对于有符号数，空出的高位根据符号位填充（算术右移）。（整体右移，低位舍弃，有符号数高位补最高位的数字）
说明：无符号数高位补0，有符号数高位补最高位的数字，数据右移一位就缩小一倍（除以2并舍去余数）。如图：

示例：

int a = 5;  // 0101
int result = a >> 1;  // 0010 -> 2

7. 复合赋值运算符

运算符也可以与赋值运算符组合，形成复合赋值运算符：

按位与赋值：&=
按位或赋值：|=
按位异或赋值：^=
左移赋值：<<=
右移赋值：>>=

二、位运算符的运用

1、用按位与运算符（&）将变量的某位置0

有一个变量char a = 0b1111 1111,要将其的第n位置0（最右一位为第0位），只需要将其按位与上一个第n位为0，其余为都为1的数据。

char a = 0b11111111
char b = 0b11110111
a &= b;

这样a的第3位就会被置0；

2、用按位或运算符（|）将变量的某位置1

有一个变量char a = 0b0000 0000,要将其的第n位置1（最右一位为第0位），只需要将其按位或上一个第n位为1，其余为都为0的数据。

char a = 0b00000000
char b = 0b00001000
a |= b;

这样a的第3位就会被置1；

3、用左移运算符（<<)和按位或运算符（|）进行数据合成

①将两个8位数据合成一个16位数据

将第一个数据左移8位后按位或上第二个数据

#include <stdio.h>

int main() {
    unsigned char a = 0x34;  // 8位数据，十六进制：34
    unsigned char b = 0x12;  // 8位数据，十六进制：12
    
    unsigned short result = (a << 8) | b;  // 左移a并与b按位或，合成16位数据

    printf("合成的16位数据: 0x%0X\n", result);  // 输出：0x3412

    return 0;
}

②将两个16数据合成一个32位数据

将第一个数据左移16位后按位或上第二个数据

#include <stdio.h>

int main() {
    unsigned short x = 0x1234;  // 16位数据，十六进制：1234
    unsigned short y = 0xABCD;  // 16位数据，十六进制：ABCD
    
    unsigned int result = (x << 16) | y;  // 左移x并与y按位或，合成32位数据

    printf("合成的32位数据: 0x%0X\n", result);  // 输出：0x1234ABCD

    return 0;
}

③将一个8位数据和一个16位数据合成一个32位数据

#include <stdio.h>

int main() {
    unsigned char a = 0x12;    // 8位数据，十六进制：12
    unsigned short b = 0xABCD; // 16位数据，十六进制：ABCD
    
    unsigned int result = (a << 16) | b;  // 左移a和b并合成32位数据

    printf("合成的32位数据: 0x%0X\n", result);  // 输出：0x12ABCD

    return 0;
}

4、截取一个数据的某部分字节

①截取一个数据的低字节

截取低字节可以用赋值运算符或者强制转换。

例如：截取0xABCD中的0xCD

#include <stdio.h>

int main() {
    unsigned short a = 0xABCD;  // 16位数据，十六进制：ABCD
    unsigned char b = a;  // 将16位数据a赋值给8位数据b
    
    printf("%0X\n", (unsigned char)a);  // 强制转换为8位，并输出低字节
    printf("%0X\n", b);  // 输出b的值

    return 0;
}

②截取一个数据的高字节或中间字节

截取高字节或中间字节可以将数据右移后再用赋值运算符或者强制转换

#include <stdio.h>

int main() {
    unsigned short a = 0xABCD;  // 16位数据，十六进制：ABCD
    unsigned int b = 0x1234ABCD; // 32位数据，十六进制：1234ABCD
    
    // 第一个 printf：将 a 右移8位，得到高字节，然后转换为 unsigned char
    printf("%0X\n", (unsigned char)(a >> 8));

    // 第二个 printf：将 b 右移12位，得到高字节部分的前两位，然后转换为 unsigned char
    printf("%0X\n", (unsigned char)(b >> 12));

    return 0;
}

③分别截取一个数据的低字节，中间字节和高字节合成一个新数据

#include<stdio.h>
 
int main(void)
{
    unsigned short a = 0xaabb;
    unsigned short b = 0xccdd;
    unsigned short c = 0xeeff;
    unsigned int d = (a & 0x00ff) | (b & 0x0ff0)<<4 | (c & 0xff00)<<8 ;
    printf("%x",d);
}