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C 位运算符入门 ​

更新时间：2026-08-26。本文是 languages/c/ 主题入门层第 10 篇。上一课的关系/逻辑运算符操作的是"真/假"，这一课的位运算符直接操作二进制位。位运算是 C 的独门绝技——权限、状态标志、颜色、网络协议、嵌入式寄存器，全是位运算的天下。

本文要回答的问题 ​

  • &、|、^、~ 分别对二进制位做什么？
  • 怎么用位运算做"置位 / 清除 / 翻转"？
  • 左移右移时，无符号和有符号差在哪？

一、五个位运算符 ​

运算符名称作用示例（8 位）
&按位与两个位都是 1 才为 11100 & 1010 = 1000
``按位或任一位为 1 即为 1
^按位异或相同为 0，不同为 11100 ^ 1010 = 0110
~按位取反0 变 1，1 变 0~1100 = 0011（补足位数）
<< >>左移 / 右移位向左 / 右移动1100 << 1 = 11000

别把 &、| 和逻辑的 &&、|| 搞混：&& 是真值运算（结果只有 0/1），& 是逐位运算。3 && 4 是 1，3 & 4 是 0——完全不同的东西。

验证一段（用 8 位看）：

c
unsigned char a = 0b1100;   // 12
unsigned char b = 0b1010;   // 10
printf("%d\n", a & b);      // 8（0b1000）
printf("%d\n", a | b);      // 14（0b1110）
printf("%d\n", a ^ b);      // 6（0b0110）
printf("%d\n", a << 1);     // 24（左移一位 = 乘 2）
printf("%d\n", a >> 1);     // 6（右移一位 = 除 2）

二、经典用法：位掩码 ​

位运算最常见的场景是把"多个开关状态"塞进一个整数。假设一个字节 8 位代表 8 个开关：

c
#define FLAG_READ   0x01   // 00000001
#define FLAG_WRITE  0x02   // 00000010
#define FLAG_EXEC   0x04   // 00000100

unsigned char perm = 0;

perm |= FLAG_READ;          // 置位：打开 READ
perm |= FLAG_WRITE;         // 打开 WRITE，perm = 00000011

perm &= ~FLAG_WRITE;        // 清除：关掉 WRITE，perm = 00000001

perm ^= FLAG_EXEC;          // 翻转：EXEC 原来是 0 变 1

if (perm & FLAG_READ) {     // 检测：READ 开着吗？
    printf("可读\n");
}

四个基本操作的模式，背下来：

操作写法
置位（开）`x
清除（关）x &= ~掩码;
翻转x ^= 掩码;
检测if (x & 掩码)

三、移位：乘 2 和除 2 的快速通道 ​

左移一位相当于乘 2，右移一位相当于除 2（正数）：

c
int x = 3;
printf("%d\n", x << 2);   // 12：左移 2 位 = 乘 4
printf("%d\n", x >> 1);   // 1：右移 1 位 = 除 2 取整

关键区别：无符号右移是逻辑移位（补 0），有符号右移是算术移位（补符号位）：

c
unsigned int u = 0x80000000;   // 最高位是 1
printf("%u\n", u >> 1);        // 0x40000000：左边补 0（逻辑移位）

int i = -8;                    // 二进制最高位是 1（负数）
printf("%d\n", i >> 1);        // -4：左边补 1（算术移位，保持负数）

这解释了有符号与无符号里的建议：做位运算用无符号，行为可预测。有符号右移的结果在标准里甚至一度是实现定义（C99 后规定算术移位），没必要赌。

四、实战小技巧 ​

技巧写法说明
判断奇偶if (n & 1)比 n % 2 快（编译器也会这么优化）
取第 k 位(x >> k) & 1右移 k 位再与 1
把第 k 位置 1`x= (1 << k)`
交换两个数（炫技，不建议）a ^= b; b ^= a; a ^= b;实际工程用临时变量更清晰
2 的幂判断(n > 0) && ((n & (n - 1)) == 0)n 是 2 的幂则成立

位运算还有个学习红利：它是理解内存布局、寄存器、以及 perf 火焰图里位操作指令的基础。

五、常见坑对照 ​

坑现象对策
& 写成 &&结果变成 0/1，逻辑错看清单双符号
有符号右移负数补 1，结果意外用 unsigned
移位超过类型位数未定义行为移位量小于类型位数
掩码类型不匹配高位被截断掩码和变量同类型
拿位运算结果当逻辑真值非 0 值判断错显式 != 0

六、与本站主线衔接 ​

一句话总结 ​

位运算是"逐位"运算：& 置位检测、| 打开、^ 翻转、~ 取反、移位乘除 2；做位运算用无符号，掩码和变量同类型，n & 1 判断奇偶——这五招学会，就能读懂大量系统级代码。