《C语言编程魔法书:基于C11标准》——2.8 移位操作

简介:

本节书摘来自华章计算机《C语言编程魔法书:基于C11标准》一书中的第2章,第2.8节,作者: 陈轶 更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

2.8 移位操作

现代处理器的计算单元中一般都会包含移位器。移位器往往能执行算术左移(Arithmetic Shift Left)、算术右移(Arithmetic Shift Right)、逻辑左移(Logical Shift Left)、逻辑右移(Logical Shift Right)、循环右移(Rotational Shift Right)这些操作。
下面我们将分别介绍这些移位操作,这里需要提醒各位的是,移位操作一般总是对整数数据进行操作,并且移入移出的都是二进制比特。然而,不同的处理器架构对移位操作的实现可能会有一些不同。比如,如果对一个32位寄存器做移位操作,倘若指定要移动的比特数超过了31,那么在x86处理器中是将指定的比特移动位数做模32处理(也就是求除以32的余数,比如左移32位相当于左移0位、右移33位相当于右移1位);而在ARM、AVR等处理器中,对一个32位的整数做左移和逻辑右移超出31位的结果都将是零。
2.8.1 算术左移与逻辑左移
由于算术左移与逻辑左移操作基本是相同的,仅仅对标志位的影响有些区别,所以合并在一起讲。左移的操作步骤十分简单,假设我们要左移N位,那么先将整数的每个比特向左移动N位,然后空出的低N位填零。图2-10展示了对一个8位整数分别做左移1位与左移2位的过程。


c5c2de7f0097bc5c64e752ebe174a5e0598b7524

图2-10中间由小写字母a~h构成的方格图即表示一个8位二进制整数,每个小写字母表示一比特,并且字母a作为最高位比特,字母h作为最低位比特。左移1位后,原来的8位二进制数就变成了bcdefgh0;左移2位后,原来的8位二进制数就变成了cdefgh00。
2.8.2 逻辑右移
逻辑右移的操作步序是:先将整数的每一个比特向右移动N位,然后高N位用零来填补。图2-11展示了一个8位二进制整数分别逻辑右移1位和2位的过程。


febe76855faf9b2989e9856d5ac9655913dd3b10

图2-11中间由小写字母a~h构成的方格图即表示一个8位二进制整数,每个小写字母表示一位比特,并且字母a作为最高位比特,字母h作为最低位比特。将原始二进制8位数据逻辑右移1位后,二进制数据变为0abcdefg;逻辑右移2位后,二进制数据变为00abcdef。
2.8.3 算术右移
算术右移与逻辑右移类似,只不过移出N位之后,高N位不是用零来填充,而是根据原始整数的最高位,如果原始整数的最高位为1,那么移位后的高N位用1来填充;如果是0,则用0来填充。图2-12展示了一个8位二进制整数分别算术右移1位和2位的过程。


79fbb0fe66ea1ec4a1e049240929b142657de717

图2-12中间由小写字母a~h构成的方格图,即表示一个8位二进制整数,每个小写字母表示一位比特,并且字母a作为最高位比特,字母h作为最低位比特。将原始8位二进制整数算术右移1位之后,该二进制数变为aabcdefg;将它算术右移2位之后,变为aaabcdef。
2.8.4 循环右移
循环右移的步序是:先将原始二进制整数右移N位,移出的N位依次放入到高N位。图2-13展示了将一个8位二进制整数分别循环右移1位和2位的过程。


521b193e140d25101ac089433524630e2512f0a0

图2-13中间由小写字母a~h构成的方格图,即表示一个8位二进制整数,每个小写字母表示一位比特,并且字母a作为最高位比特,字母h作为最低位比特。将原始8位二进制整数循环右移1位之后,该二进制整数变为habcdefg;将它循环右移2位之后,该二进制整数变为ghabcdef。

相关文章
|
15天前
|
存储 编译器 C语言
【C语言】数据类型全解析:编程效率提升的秘诀
在C语言中,合理选择和使用数据类型是编程的关键。通过深入理解基本数据类型和派生数据类型,掌握类型限定符和扩展技巧,可以编写出高效、稳定、可维护的代码。无论是在普通应用还是嵌入式系统中,数据类型的合理使用都能显著提升程序的性能和可靠性。
37 8
|
19天前
|
C语言
C语言编程中,错误处理至关重要,能提升程序的健壮性和可靠性
C语言编程中,错误处理至关重要,能提升程序的健壮性和可靠性。本文探讨了C语言中的错误类型(如语法错误、运行时错误)、基本处理方法(如返回值、全局变量、自定义异常处理)、常见策略(如检查返回值、设置标志位、记录错误信息)及错误处理函数(如perror、strerror)。强调了不忽略错误、保持处理一致性及避免过度处理的重要性,并通过文件操作和网络编程实例展示了错误处理的应用。
53 4
|
2月前
|
NoSQL C语言 索引
十二个C语言新手编程时常犯的错误及解决方式
C语言初学者常遇错误包括语法错误、未初始化变量、数组越界、指针错误、函数声明与定义不匹配、忘记包含头文件、格式化字符串错误、忘记返回值、内存泄漏、逻辑错误、字符串未正确终止及递归无退出条件。解决方法涉及仔细检查代码、初始化变量、确保索引有效、正确使用指针与格式化字符串、包含必要头文件、使用调试工具跟踪逻辑、避免内存泄漏及确保递归有基准情况。利用调试器、编写注释及查阅资料也有助于提高编程效率。避免这些错误可使代码更稳定、高效。
406 12
|
3月前
|
存储 算法 Linux
C语言 多进程编程(一)进程创建
本文详细介绍了Linux系统中的进程管理。首先,文章解释了进程的概念及其特点,强调了进程作为操作系统中独立可调度实体的重要性。文章还深入讲解了Linux下的进程管理,包括如何获取进程ID、进程地址空间、虚拟地址与物理地址的区别,以及进程状态管理和优先级设置等内容。此外,还介绍了常用进程管理命令如`ps`、`top`、`pstree`和`kill`的使用方法。最后,文章讨论了进程的创建、退出和等待机制,并展示了如何通过`fork()`、`exec`家族函数以及`wait()`和`waitpid()`函数来管理和控制进程。此外,还介绍了守护进程的创建方法。
C语言 多进程编程(一)进程创建
|
3月前
|
Linux C语言
C语言 多进程编程(三)信号处理方式和自定义处理函数
本文详细介绍了Linux系统中进程间通信的关键机制——信号。首先解释了信号作为一种异步通知机制的特点及其主要来源,接着列举了常见的信号类型及其定义。文章进一步探讨了信号的处理流程和Linux中处理信号的方式,包括忽略信号、捕捉信号以及执行默认操作。此外,通过具体示例演示了如何创建子进程并通过信号进行控制。最后,讲解了如何通过`signal`函数自定义信号处理函数,并提供了完整的示例代码,展示了父子进程之间通过信号进行通信的过程。
|
3月前
|
Linux C语言
C语言 多进程编程(四)定时器信号和子进程退出信号
本文详细介绍了Linux系统中的定时器信号及其相关函数。首先,文章解释了`SIGALRM`信号的作用及应用场景,包括计时器、超时重试和定时任务等。接着介绍了`alarm()`函数,展示了如何设置定时器以及其局限性。随后探讨了`setitimer()`函数,比较了它与`alarm()`的不同之处,包括定时器类型、精度和支持的定时器数量等方面。最后,文章讲解了子进程退出时如何利用`SIGCHLD`信号,提供了示例代码展示如何处理子进程退出信号,避免僵尸进程问题。
|
3月前
|
消息中间件 Unix Linux
C语言 多进程编程(五)消息队列
本文介绍了Linux系统中多进程通信之消息队列的使用方法。首先通过`ftok()`函数生成消息队列的唯一ID,然后使用`msgget()`创建消息队列,并通过`msgctl()`进行操作,如删除队列。接着,通过`msgsnd()`函数发送消息到消息队列,使用`msgrcv()`函数从队列中接收消息。文章提供了详细的函数原型、参数说明及示例代码,帮助读者理解和应用消息队列进行进程间通信。
|
3月前
|
缓存 Linux C语言
C语言 多进程编程(六)共享内存
本文介绍了Linux系统下的多进程通信机制——共享内存的使用方法。首先详细讲解了如何通过`shmget()`函数创建共享内存,并提供了示例代码。接着介绍了如何利用`shmctl()`函数删除共享内存。随后,文章解释了共享内存映射的概念及其实现方法,包括使用`shmat()`函数进行映射以及使用`shmdt()`函数解除映射,并给出了相应的示例代码。最后,展示了如何在共享内存中读写数据的具体操作流程。
|
3月前
|
消息中间件 Unix Linux
C语言 多进程编程(二)管道
本文详细介绍了Linux下的进程间通信(IPC),重点讨论了管道通信机制。首先,文章概述了进程间通信的基本概念及重要性,并列举了几种常见的IPC方式。接着深入探讨了管道通信,包括无名管道(匿名管道)和有名管道(命名管道)。无名管道主要用于父子进程间的单向通信,有名管道则可用于任意进程间的通信。文中提供了丰富的示例代码,展示了如何使用`pipe()`和`mkfifo()`函数创建管道,并通过实例演示了如何利用管道进行进程间的消息传递。此外,还分析了管道的特点、优缺点以及如何通过`errno`判断管道是否存在,帮助读者更好地理解和应用管道通信技术。
|
3月前
|
存储 Ubuntu Linux
C语言 多线程编程(1) 初识线程和条件变量
本文档详细介绍了多线程的概念、相关命令及线程的操作方法。首先解释了线程的定义及其与进程的关系,接着对比了线程与进程的区别。随后介绍了如何在 Linux 系统中使用 `pidstat`、`top` 和 `ps` 命令查看线程信息。文档还探讨了多进程和多线程模式各自的优缺点及适用场景,并详细讲解了如何使用 POSIX 线程库创建、退出、等待和取消线程。此外,还介绍了线程分离的概念和方法,并提供了多个示例代码帮助理解。最后,深入探讨了线程间的通讯机制、互斥锁和条件变量的使用,通过具体示例展示了如何实现生产者与消费者的同步模型。