C语言位操作
#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
#include <ctype.h>
unsigned int bstrtoi(char* s);
void operate1(char* s1, char* s2);
void display_binary(unsigned int n);
int bit_open_num(unsigned int drive_code);
int is_open(unsigned int drive_code, int bit_pos);
int rotate(unsigned int a, int bits);
void font_setting(void);
void get_font_info(void);
void font_setting2(void);
void show_long(unsigned long l);
int main(int argc, char* argv[]) //main函数的两个参数，参数1为int，值为命令行参数的项数。参数2为char* []字符指针数组，指针数组每个指针元素指向一个命令行参数字符串
{
return 0;
}
unsigned int bstrtoi(char* s) //输入一个二进制数字的字符串，转化为int
{
unsigned int res = 0;
while (*s)
{
res = (res << 1) + (*s++ == '1'); //从二进制字符串的最高位开始一位一位读取，每读取新的一位（比之前的位低1位）就将之前的结果*2再加新位的值，直到第一个1之前所有的0*2都为0
// <<左移位运算符，将二进制数每一位向左移动，左边界超出范围的值舍弃，右边界空出来的填0，<<1代表左移1位，结果和*2^1相同，<<n和*2^n结果相同
//*解引用运算符比++递增运算符优先级低，所以*s++是将s的地址使用一次后递增，解引用了s，s变为s+1，字符串中该位为'1'时==返回1，和表示的值一致
}
return res;
}
void operate1(char* s1, char* s2)
{
unsigned int a1 = bstrtoi(s1);
unsigned int a2 = bstrtoi(s2);
printf("~%s=", s1);
display_binary(~a1); //~取反运算符，将二进制数的每一位切换(01互换)以8位二进制数为例，~00000001(1)为11111110，一个数和该数取反的值相加一定为11111111即255或-1（有符号）所以a+(~a)=255（-1）所以~a=-a+255或者-a-1
putchar('\n');
printf("~%s=", s2);
display_binary(~a2);
//减法运算x-y=x+(~y+1) 转换为加取反的值加1
putchar('\n');
printf("%s&%s=", s1, s2);
display_binary(a1&a2); //&按位与运算符，将两个二进制数逐位进行运算并产生一个新的值，两个数同一位的值都为1则该位运算结果为1，否则为0，&运算产生新的值，原a1a2不受影响,10101&01111=00101
putchar('\n');
printf("%s|%s=", s1, s2);
display_binary(a1|a2); //|按位或运算符，两个数同位的值都为0则该位运算结果为0，否则为1,10101|00111=10111
putchar('\n');
printf("%s^%s=", s1, s2);
display_binary(a1^a2); //^按位异或运算符，两个数同位的值互异(一个为1一个为0)则该位运算结果为1，否则（值相同）为0,10101^00111=10010
putchar('\n');
}
void display_binary(unsigned int n)
{
unsigned int mask = 1 << 31; //本系统int为32位，1<<31将1左移31位从第1位移动到第32位即最高位
int i;
for (i = 0; (mask & n) != mask && i < 32; mask >>= 1, i++) //mask在(mask&n)中起到掩码的作用，mask的二进制数为只有一位是1其他位均为0，和n做按位与运算时会将所有mask上是0的位置重置为0(因为0&1或0&0都为0)，而1&会保持另一个数的值（1&1保持另一个数的1，1&0保持另一个数的0），所以mask&n是掩盖住所有mask上是0的位，只显示mask上是1的位在n上对应的位的值，当mask=1<<31时，mask&n用于查看n的最高位是1还是0，每一次mask>>1之后查看的位换成上一次的右侧位，如果该位n上为0，则&的结果为0（因为其他位都掩盖为0了），如果该位n上为1，则&的结果和mask相等，从最高位开始逐位查看，直到找到第一个1的位或者看完所有32位均为0结束循环
continue; //>>右移位运算符，将所有位向右移动n位，超出右边界的舍弃，左边界空出的分两种情况，如果该数为无符号unsigned则左边空出的位填0，如果该数为有符号则因实现而异mask>>=1等价mask=mask>>1，同样的mask<<=1等价mask=mask<<1
if (mask) //if(mask)和if(i<32)作用相同，i==32意味着mask右移了32位，所有数都舍弃了变为0
{
putchar('1'); //从该位开始打印字符
for ( i++,mask>>=1; i < 32; mask >>= 1, i++)
{
putchar(((mask & n) == mask) + '0'); //ASCII码中'1'比'0'字符编码大1，表达式(mask & n) == mask为1时即该位为1，1+'0'='1'，为0时即该位为0，放入'0'
if (i % 8 == 7)
putchar(' ');
}
}
else
{
putchar('0');
}
}
int bit_open_num(unsigned int drive_code) //返回该参数中打开位的数量
{
//假设drive_code是硬件驱动的字节指令，每一位都有专门的作用，某一位为1则为打开位，对应开启硬件的某一个功能，某一位为0则为关闭某一个功能
int num = 0;
int mask = 1; //使用掩码，0000 0001掩盖住其他位只显示最低位的值
do
{
num += mask & drive_code; //&的结果只有1或0，为1说明该位为1，计数+1，为0说明该位为0，计数+0
} while (drive_code>>=1); //每次循环将参数右移1，直到所有的1都被舍弃
return num;
}
int is_open(unsigned int drive_code, int bit_pos) //查看该数的指定位是否打开，以字节为例，1000 0000最左侧的1为编号7的位，最右侧的0为编号0的位，bit_pos==7则要查看编号7的位
{
int mask = 1 << bit_pos;
return (mask & drive_code) == mask; //查看该位是否为1
}
int rotate(unsigned int a, int bits) //将a左移或右移bits位，将溢出的位补到空出的位上
{
if (bits>0) //规定正数向左移
{
return (a << bits) | (a >> (32 - bits)); //每个单独的<<或>>运算会使空出的为补0，所以用两个部分相加将溢出的位补回来，而因为空出的都是0，所以可以使用|按位或代替加法
}
else
{
bits = -bits;
return (a >> bits) | (a << (32 - bits));
}
}
struct font_struct { //声明一个位字段结构用于储存/表示字体设置信息
unsigned int id : 8; //格式为 类型 变量名:位数 ，使用unsigned int则该结构至少占一个unsigned int的大小，而id字段占8位，能够表示0-255号字体id
unsigned int size : 7; //有的实现将最先声明的字段放在结构所在内存块的最右侧，声明顺序从上往下分配地址从右往左，size字段占7位，能够表示0-127号字体大小
unsigned int : 1; //未命名字段代表跳过指定位数，这使得在内存中前后两个字段中间有间隔
unsigned int align : 2; //表示范围0-3，0代表左对齐，1代表居中，2代表右对齐
//bool boldface : 1; //boldface粗体，1代表开，0代表闭,_Bool布尔类型，头文件中包含<stdbool.h>后可以使用bool作为_Bool别名，并且可以使用true和false代表1和0，和c++兼容
//bool italic : 1; //italic斜体，1开0闭
//bool underline : 1; //下划线，有的实现中bool可以填充空着的位字段
unsigned int boldface : 1;
unsigned int italic : 1;
unsigned int underline : 1;
unsigned int : 3; //8+7+1+2+1+1+1+3占用3个字节，剩余未声明的字节无法通过结构的字段访问，如果写作unsigned int:0;会迫使下一个字段与下一个unsigned int对齐（即跳到下一个unsigned int）。一个字段不允许跨越两个unsigned int，这时编译器会自动移动跨界的字段保持边界对齐
};
union { //联合
struct font_struct font_s; //该结构变量占4字节
unsigned int font_i; //该变量占4字节，既可以用位字段结构来设置和读取信息，也可以用unsigned int变量来操作
} font = {
1,12,0,0,0,0 // 联合初始化默认用第一个字段（这里结构是联合的第一个字段）的形式
};
void font_setting(void)
{
get_font_info();
unsigned int value;
int scan_success;
for (char ch; puts("f)change font\ts)change size\ta)change alignment\nb)toggle bold\ti)toggle italic\tu)toggle underline\nq)quit"), (ch = tolower(getchar())) != 'q';)
{
if (ch!='\n')
while (getchar() != '\n')
continue;
switch (ch)
{
case 'f':
printf("Enter font id(0-255):");
scan_success = scanf_s("%u", &value);
while (getchar() != '\n')
continue;
if (scan_success == 1&&value>=0&&value<=255)
{
font.font_i = (font.font_i & (~255)) | value; //通过位操作对二进制数的某几位赋值时，先将这几位置0，再和要赋的值按位或运算，255为id所在的位的掩码，作用是只显示id掩盖其他位，取反~255将这8位变0其他位变1，作用为保留其他位并将id位置0，因为0|value=value，1会对按位或造成影响，value必须只在id对应的8位上存在1，即value在[0,255]之间，这样才不会对其他位造成影响。1&值保持原值，0|值保持原值，0^值保持原值
break;
}
else
{
puts("font id from 0 to 255.");
continue;
}
case 's':
printf("Enter font size(0-127):");
scan_success = scanf_s("%u", &value);
while (getchar() != '\n')
continue;
if (scan_success == 1 && value >= 0 && value <= 127)
{
font.font_s.size = value; //使用结构的位字段成员直接赋值
break;
}
else
{
puts("font id from 0 to 127.");
continue;
}
case 'a':
puts("Select alignment:\n1)left\t2)center\t3)right");
scan_success = scanf_s("%u", &value);
while (getchar() != '\n')
continue;
if (scan_success == 1 && value >= 1 && value <= 3)
{
font.font_s.align = value-1;
break;
}
else
{
puts("font id from 1 to 3.");
continue;
}
case 'b':
font.font_s.boldface = !font.font_s.boldface; //切换加粗开关，因为只有1位所以不需要用户再次输入值
break;
case 'i':
font.font_i ^= 1 << 19; //0^值保持原值，1^值切换该位，1^值(1)=0将值切换，1^值(0)=1将值切换，0^1=1保持1，0^0=0保持0，斜体开关的位在编号19的位，从编号0的1左移19位
break;
case 'u':font.font_s.underline = font.font_s.underline ? 0 : 1; break;
default:
puts("Invalid input. Enter f/s/a/b/i/u/q");
continue;
}
get_font_info();
}
puts("Bye!");
}
void get_font_info(void)
{
puts(" ID SIZE ALIGNMENT B I U");
printf("%3u %4u ", font.font_i & 255, (font.font_i >> 8) & 127); //255即编号7到编号0全为1共8位，该掩码只显示id位字段的8位数字
//本系统中font位字段结构顶部的字段位于低阶位，所以对应的unsigned int二进制数从左（高阶位）到右的位字段：下划线、斜体、粗体、对齐、大小、id
//id占8位，id左侧为size，将二进制数右移8位使size移动到编号6-编号0，&127（二进制7个1）只显示size的7位数字
switch (font.font_s.align)
{
case 0:printf("%-8s", "left"); break;
case 1:printf("%-8s", "center"); break;
case 2:printf("%-8s", "right"); break;
default:printf("%-8s", " ");
}
printf("%3s %3s %3s\n", font.font_s.boldface ? "on" : "off", font.font_s.italic ? "on" : "off", font.font_s.underline ? "on" : "off");
}
void font_setting2(void) //使用unsigned long类型和按位运算符管理字体信息
{
unsigned long l = 0;
int scan_success;
unsigned long value;
show_long(l);
for (char ch; puts("f)change font\ts)change size\ta)change alignment\nb)toggle bold\ti)toggle italic\tu)toggle underline\nq)quit"), (ch=tolower(getchar()))!='q'; )
{
if (ch != '\n')
while (getchar() != '\n')
continue;
switch (ch)
{
case 'f':
printf("Enter font id(0-255):");
scan_success = scanf_s("%lu", &value);
while (getchar() != '\n')
continue;
if (scan_success == 1 && value >= 0 && value <= 255)
{
l = (l & (~255L)) | value;
break;
}
else
{
puts("font id from 0 to 255.");
continue;
}
case 's':
printf("Enter font size(0-127):");
scan_success = scanf_s("%lu", &value);
while (getchar() != '\n')
continue;
if (scan_success == 1 && value >= 0 && value <= 127)
{
l = (l & (~(127L << 8))) | (value << 8);
break;
}
else
{
puts("font id from 0 to 127.");
continue;
}
case 'a':
puts("Select alignment:\n1)left\t2)center\t3)right");
scan_success = scanf_s("%lu", &value);
while (getchar() != '\n')
continue;
if (scan_success == 1 && value >= 1 && value <= 3)
{
l = (l&(~(3L<<(8+7)))) | ((--value) << (8 + 7));
break;
}
else
{
puts("font id from 1 to 3.");
continue;
}
case 'b':
l ^= 1L << (8 + 7 + 2);
break;
case 'i':
l ^= 1L << (8 + 7 + 2 + 1);
break;
case 'u':l ^= 1L << (8 + 7 + 2 + 1 + 1); break;
default:
puts("Invalid input. Enter f/s/a/b/i/u/q");
continue;
}
show_long(l);
}
}
void show_long(unsigned long l)
{
puts(" ID SIZE ALIGNMENT B I U");
printf("%3lu %4lu ", l & 255L, (l >> 8) & 127L);
switch (l&3L<<(8+7))
{
case 0L << (8 + 7) : printf("%-8s", "left"); break;
case 1L << (8 + 7) :printf("%-8s", "center"); break;
case 2L << (8 + 7) :printf("%-8s", "right"); break;
default:printf("%-8s", " ");
}
printf("%3s %3s %3s\n", l & (1L << (8 + 7 + 2)) ? "on" : "off", l & (1L << (8 + 7 + 2 + 1)) ? "on" : "off", l & (1L << (8 + 7 + 2 + 1 + 1)) ? "on" : "off");
}
void swap1(int* p1, int* p2)
{
int temp1 = *p1 ^ *p2; //按位异或前后两个运算对象顺序无所谓，根据异或的用法（1^切换位，0^保留位）这里暂且看作根据*p1的二进制值对*p2进行切换，使*p1中为1的位对应的*p2中的位切换，保留*p1中为0的位对应的*p2中的位的值
int i1 = temp1 ^ *p2; //temp1中有部分位和*p2相同（在*p1中为0的位），其他位相反（在*p1中为1的位），相同的位^异或的结果为0，相反的位异或的结果为1，所以运算的结果i1==*p1
int i2 = *p1 ^ temp1; //temp1为根据*p1的位值对*p2的位进行切换的结果，再次根据*p1的位值对切换过的结果进行切换，会将之前切换过的位又切回来，而保留的位依旧保留，所以两次切换的结果i2==*p2
//结论：a^b的值再^a得到b，a^b的值再^b得到a
*p1 = *p1 ^ *p2; //将*p1变成中间值（即a^b）
*p2 = *p1 ^ *p2; //将中间值^*p2，使*p2的值为最初*p1的原值（即(a^b)^b=a）
*p1 = *p1 ^ *p2; //将中间值^原*p1的值，使*p1的值为原*p2的值（即 (a^b)^((a^b)^b)=b ）
//没有创建临时变量完成交换
}
