. C語言中的位操作符
因爲C語言的設計目的是取代彙編語言，所以它必須支持彙編語言所具有的運算能力，所以C語言支持全部的位操作符
(Bitwise Operators)。位操作是對字節或字中的位(bit)進行測試、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端口進行操作。因而本節將對此作比較詳細地介紹。
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)；
>> ：數據右移；
<< ：數據左移；
1) 按位“與”運算
按位“與”運算符 & 的作用是對運算符兩側以二進制表達的操作數按位分別進行“與”運算，而這一運算是以數中相同
的位(bit)爲單位的。操作的規則是：僅當兩個操作數都爲1時，輸出的結果才爲1，否則爲0。
例如：
a = 0x88，b = 0x81，則a & b 的運算結果如下：
0x88 1000 1000 a數
& 0x81 1000 0001 b數
= 1000 0000
其中，& 運算符讓a數0x88與B數0x81的1位與1位、2位與2位……7位與7位分別相“與”。由於“與”運算的操作規則是
，兩個操作數中各位只要有1個爲0，其結果中對應的位就爲0。而a數與b數中只有最高位(第7位)均爲1，因而該位結果爲1
，其它各位結果都爲0。
通常我們可把按位“與”操作 & 作爲關閉某位(即將該位置0)的手段，例如我們想要關閉a數中的第3位，而又不影響其它
位的現狀，可以用一個數0xF7，即二進制數1111 0111去與a數作按位“與”運算：
0x88 1000 1000 a數
& 0xF7 1111 0111 屏蔽數
= 1000 0000
注意，這個數除第3位爲0外，其它各位均爲1，操作的結果只會將a數中的第3位置0，而a數的其它位不受影響。也就是說
，若需要某個數的第n位關閉，只需要將該數與另一個數按位相與，另一個數除了相應的第n位爲0外，其它各位都爲1，以
起到對其它各位的屏蔽作用。
上面的運算可以用a = a &(0xF7) 來表示，也可以用a & =(0xF7) 來表達。這兩個表達式功能是相同的(見上節“複合賦
值運算符”部分)，但在源程序代碼中常常見到的以第二種形式爲多。
2) 按位“或”運算
按位“或” 運算符 | 的作用是對運算符兩側以二進制表達的操作數按位分別進行“或”運算，而這一運算是以數中相同
的位(bit)爲單位的。操作的規則是：僅當兩個操作數都爲0時，輸出的結果才爲0，否則爲1。
例如：
a = 0x88，b = 0x81，則a | b 的運算結果如下：
0x88 1000 1000 a數
| 0x81 1000 0001 b數
= 1000 1001
通常我們可把按位“與”操作 & 作爲置位(即將該位置1)的手段，例如我們想要將a數中的第0位和1位置1，而又不影響其
它位的現狀，可以用一個數0x03，即二進制數00000011去與a數作按位“或”運算：
0x88 1000 1000 a數
| 0x03 0000 0011 屏蔽數
= 1000 1011
注意，這個數除第0、1位爲1外，其它各位均爲0，操作的結果只會將a數中的第0、1位置0，而a數的其它位不受影響。也
就是說，若需要某個數的第n位置1，只需要將該數與另一個數按位相“或”，另一個數除了相應的第n位爲1外，其它各位
都爲0，以起到對其它各位的屏蔽作用。上面的運算可以用a = a | (0xF7) 來表示，也可以用a | =(0xF7) 來表達。
3) 按位“異或”運算
按位“異或”運算符 ^ 的作用是對運算符兩側以二進制表達的操作數按位分別進行“異或”運算，而這一運算是以數中
相同的位(bit)爲單位的。異或運算操作的規則是：僅當兩個操作數不同時，相應的輸出結果才爲1，否則爲0。
例如：
a = 0x88，b = 0x81，則a ^ b 的運算結果如下：
0x88 1000 1000 a數
^ 0x81 1000 0001 屏蔽數
= 0000 1001
按位“異或”運算 ^ 具有一些特殊的應用，介紹如下：
① 按位“異或”運算可以使特定的位取反
例如：我們想讓a數中的最低位和最高位取反，只要用0x81，即二進制數10000001去與它作按位“異或”運算，其運算結
果同上式。經過操作後，最高位的值已經由1變0，而最低位的值也已經由0變1，起到了使這兩位翻轉的效果。其它位的狀
態保持不變。
可以看到，這個數除最低位、最高位爲1外，其它各位均爲0，操作的結果只會將a數中的第0、7位取反，而a數的其它位不
受影響。也就是說，若需要某個數的第n位取反，只需要將該數與另一個數按位相“異或”，另一個數除了相應的第n位爲
1外，其它各位都爲0，以起到對其它各位的屏蔽作用。上面的運算可以用a = a ^ (0x81) 來表示，也可以用a ^ =
(0x81) 來表達。
② 直接交換兩個變量的值
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
最後，a ^ = b:
a 0000 0111
^ b 0000 0011
a = 0000 0100
這樣，a、b兩個變量中的值就進行了對調。
4)“取反”運算
“取反”運算符 ~ 的作用是將各位數字取反：所有的0置爲1，1置爲0。例如：
1001 0110 取反後爲0110 1001。
5) 數據右移
數據右移操作符 > > 將變量的各位按要求向右移動若干位。右移語句的通常形式是：
variable >>右移位數
如：
a = 1111 0000；
進行 a = a >> 2 操作後，a = 0011 1100。
6) 數據左移
數據左移操作符 < < 將變量的各位按要求向左移動若干位。左移語句的通常形式是：
variable < <左移位數
如：
a = 1111 0000；
進行 a = a << 2 操作後，a =1100 0000。
無論是左移還是右移，當某位從一端移出時，另一端出現的空白將以從外面移入的0（某些計算機是送1，詳細內容請查閱
相應C編譯程序用戶手冊）來補充。這說明，移位不同於循環，從一端移出的位並不送回到另一端去，移去的位永遠丟失
了，同時在另一端只能補上相應位數的0。
移位操作可用於整數的快速乘除運算，左移一位等效於乘2，而右移一位等效於除以2。
如：x = 7， 二進制表達爲：0000 0111，
x < < 1 0000 1110，相當於： x =2*7=14，
x < < 3 0111 0000，相當於： x=14*2*2*2=112
x < < 2 1100 0000， x= 192
在作第三次左移時，其中一位爲1的位移到外面去了，而左邊只能以0補齊，因而便不等於112*2*2=448，而是等於192了
。當x按剛纔的步驟反向移動回去時，就不能返回到原來的值了，因爲左邊丟掉的一個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對寄存器或者數據I/O接口的各個位進行設置、檢測，具體方法見下一節。
2.位操作符的一些實用方法介紹
1) 學會應用複合運算符
如前面所介紹的，位操作運算符可以和賦值運算符“=”一起組成複合運算符。即如下5個：
<<= 、>>=、&=、^=、|=
其中，x << = y，相當於x = x << y；
x >> = y，相當於x = x >> y；
x & = y， 相當於x = x & y；
x ^ = y， 相當於x = x ^ y；
x | = y， 相當於x = x | y；
學會在C語言中使用複合運算符，可以簡化源程序，優化目標程序。
2) C 語言中一些常見的位操作方法
由於我們此處學習C 語言的目的主要是爲了開發微控制器的控制程序，爲此我們特別關注一下對MPU的寄存器、I/O中某一
位的操作語句。假如要對PORTA(端口A)的某些位進行賦值、置0、置1、取反、測試，可能會用到如一下一些語句：
① PORTA = 0x87
給整個PORTA賦值，作用是將1000 0111這個數賦予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PORTA賦值，作用等價於PORTA = 0x80，將1000 0000這個數賦予PORTA，將指定的第7位置1，其餘各位置0。只不
過這裏包括了兩個步驟，即先是括號中的1<<7操作，表示將0x01這個數左移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。它先要分別對三個括號中
給定的值進行移位操作，再將它們按位“與”，最後將值賦予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，等價於PORTA =PORTA & (0x80)。由於0x80的二進制表達形式爲1000 0000，利用其最高位爲1
，其它各位均爲0的特性，作爲一個模板將其等於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(不管原來爲0還是爲1)。因爲PORTA與0x80按位“與”的結果如下：
PORTA = 0x87 1000 0111
& 0x80 1000 0000
= 1000 0000
操作後，第7位的原來值1被保留，其它各個位被清0，其中最低的3位原來爲1，現在均爲0了。
⑤ PORTA & = (1<<7)
它也等價於PORTA & = 0x80：這裏也包括了兩個步驟，即先執行括號中的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位以外的各個位清0。
⑥PORTA & = ~ (1 << 7)
該指令在等號後面加了取反符號 ~ 。與上一條操作的區別是，在與PORTA做按位“與”前，還將0x80先行取反，將1000
0000轉換成0111 1111，再做按位“與”操作。這樣的操作結果是將指定的第7位清零，其它各位保持不變。
⑦ PORTA | = (1<<7)
等價於PORTA = PORTA | (1<<7)，這裏也是先執行括號中的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的初始值爲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，但它們有着不同之處。PORTA =
(1<<7) 執行後，雖然某一位被置1了，但其它的位卻被修改了，即不管PORTA的初始值爲什麼，原來爲1的位都會被0覆蓋
，執行的結果總是爲1000 0000。而本條指令卻可以將其它位屏蔽起來，在改變要設置的那一位的同時，並不改變其它位
的狀態。
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
在實際應用中，經常利用：
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有狀態。比如說，你如果想將第4位置1，就
使用：
PORTA | = (1<< 4) 就行了。當然，也可以使用：
PORTA | = (1<< 7) | (1<< 4 ) | (1<< 0) 這樣的指令一次將設第8、5和1位置1，但又不影響到其它位的狀態。
在實際應用中，經常利用：
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有狀態。比如說，你如果想將第4位清0，
就使用：
PORTA & = ~ (1<< 4) 就行了。
在啓動nRF905芯片向空中發送數據時，採用以下函數：
/* ShockBurst 發射數據 */
void nrf905_TxSend(void)
{
PORTD|=(1<<TRXCE);
DelayUs(1);//>10us
PORTD &= ~(1<<TRXCE);
}
其中讓PORTD中控制TRX_CE信號的那一位先置1，再清0，輸出一高一低的脈衝信號，就在一個脈衝週期內，完成了一次數
據發送。因爲在程序的開頭已經定義TRX_CE信號爲PD6位，即TRXCE = 6，因而上面兩行程序等價於：
PORTD|=(1<< 6);
PORTD &= ~(1<< 6);
② 測試寄存器指定位的狀態
nRF905在接收數據過程中，要分別發出CD、AM和DR信號，而MPU也要分別對這些位進行檢測，看它們是否變高，若變高，
就執行下一步，否則就跳出分支，返回主程序。下面就是對這些位進行檢測的一段函數：
/*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
while ((PIND&(1<<AM))==0); //一般先AM=1指示地址匹配對
while ((PIND&(1<<DR))==0); //DR=1時表示數據接收對而且Crc正確
//nrf905已經接收到數據
nrf905_ReadData(0);//讀出nrf905中的數據
}
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行測試。
括號中是一個等式，我們將其拆分開介紹它的作用：
1<<DR：
DR在程序的開始已經被定義爲2，(1<<DR)也就是(1<< 2)，表示將0x01左移2位，結果爲0000 0100；
PIND& (1<<DR)：
PIND爲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
位爲何值，由於和0相與，這些位的結果都爲0，我們關心的只有第2位的狀態。由於該位與1相與，只要DR爲高，就會有：
PIND xxx x1xx
& 0000 0100
結果 = 0000 0100
結果的第二位的狀態爲1，也就是整個表達式：
(PIND&(1<<DR))= = 0不成立，語句的邏輯值爲0。
若DR爲低，則有：
PIND xxxx x0xx
& 0000 0100
結果 = 0000 0000
也就是整個表達式的結果爲0，(PIND&(1<<DR))= = 0成立，語句的邏輯值爲1。
根據括號中邏輯值的情況，while 或者if 語句再決定程序的流向。