bitwise Operatori in C: AND, OR, XOR, Shift & Complemento

Di seguito è riportato l'elenco degli operatori bit a bit forniti dal linguaggio di programmazione 'C':

Operator	Significato
&	Operatore AND bit a bit
|	Operatore OR bit a bit
^	Operatore OR esclusivo bit a bit
~	Complemento binario a uno Operator è un operatore unario
<<	Operatore di turno a sinistra
>>	Operatore di spostamento a destra

Gli operatori bit a bit non possono essere applicati direttamente ai tipi di dati primitivi come float, double, ecc. Ricorda sempre che gli operatori bit a bit sono usati principalmente con il tipo di dati intero per via della sua compatibilità.

Gli operatori logici bit a bit agiscono sui dati bit per bit, partendo dal bit meno significativo, ovvero il bit LSB che è il bit più a destra, fino al bit MSB (Most Significant Bit) che è il bit più a sinistra.

Il risultato del calcolo degli operatori logici bit a bit è mostrato nella tabella seguente.

x	y	x & y	x | sì	x^y
0	0	0	0	0
0	1	0	1	1
1	0	0	1	1
1	1	1	1	0

AND bit a bit

Questo è uno degli operatori logici bitwise più comunemente usati. È rappresentato da un singolo segno di e commerciale (&). Due espressioni intere sono scritte su ogni lato dell'operatore (&).
Il risultato dell'operazione AND bit a bit è 1 se entrambi i bit hanno valore 1; in caso contrario, il risultato è sempre 0.

Consideriamo di avere 2 variabili op1 e op2 con valori come segue:

Op1 = 0000 1101
Op2 = 0001 1001

Il risultato dell'operazione AND sulle variabili op1 e op2 sarà

Result = 0000 1001

Come possiamo vedere, due variabili vengono confrontate poco a poco. Ogni volta che il valore di un bit in entrambe le variabili è 1, il risultato sarà 1 oppure 0.

OR bit per bit

È rappresentato da un singolo segno di barra verticale (|). Due espressioni intere vengono scritte su ciascun lato dell'operatore (|).

Il risultato dell'operazione OR bit a bit è 1 se almeno una delle espressioni ha valore 1; in caso contrario, il risultato è sempre 0.

Consideriamo di avere 2 variabili op1 e op2 con valori come segue:

Op1 = 0000 1101
Op2 = 0001 1001

Il risultato dell'operazione OR sulle variabili op1 e op2 sarà

Result = 0001 1101

Come possiamo vedere, due variabili vengono confrontate poco a poco. Ogni volta che il valore di un bit in una delle variabili è 1, il risultato sarà 1 oppure 0.

OR esclusivo bit a bit

È rappresentato da un simbolo (^). Due espressioni intere vengono scritte su ciascun lato dell'operatore (^).

Il risultato dell'operazione OR esclusivo bit a bit è 1 se solo una delle espressioni ha valore 1; in caso contrario, il risultato è sempre 0.

Consideriamo di avere 2 variabili op1 e op2 con valori come segue:

Op1 = 0000 1101
Op2 = 0001 1001

Il risultato dell'operazione XOR sulle variabili op1 e op2 sarà

Result = 0001 0100

Come possiamo vedere, due variabili vengono confrontate poco a poco. Ogni volta che solo una variabile contiene il valore 1, il risultato è 0, altrimenti 0 sarà il risultato.

Scriviamo un semplice programma che dimostri gli operatori logici bit a bit.

#include <stdio.h>
int main() 
{
int a = 20;	/* 20 = 010100 */  
int b = 21;	/* 21 = 010101 */
int c = 0;           

c = a & b;       /* 20 = 010100 */ 
printf("AND - Value of c is %d\n", c );

c = a | b;       /* 21 = 010101 */
printf("OR - Value of c is %d\n", c );

c = a ^ b;       /* 1 = 0001 */
printf("Exclusive-OR - Value of c is %d\n", c );

getch();
}

Produzione:

AND - Value of c is 20
OR - Value of c is 21
Exclusive-OR - Value of c is 1

Operatori di spostamento bit a bit

Gli operatori di spostamento bit a bit vengono utilizzati per spostare/spostare i pattern di bit verso sinistra o verso destra. Sinistra e destra sono due operatori di spostamento forniti da 'C' che sono rappresentati come segue:

Operand << n (Left Shift)
Operand >> n (Right Shift)

Qui,

• un operando è un'espressione intera sulla quale dobbiamo effettuare l'operazione di shift.
• 'n' è il numero totale di posizioni di bit che dobbiamo spostare nell'espressione intera.

L'operazione di spostamento a sinistra sposterà il numero 'n' di bit sul lato sinistro. I bit più a sinistra nell'espressione verranno eliminati e n bit con il valore 0 verranno riempiti sul lato destro.

L'operazione di spostamento a destra sposterà il numero 'n' di bit sul lato destro. I bit 'n' più a destra nell'espressione verranno eliminati e il valore 0 verrà riempito sul lato sinistro.

Esempio: x è un'espressione intera con dati 1111. Dopo aver eseguito l'operazione di spostamento il risultato sarà:

x << 2 (left shift) = 1111<<2 = 1100
x>>2 (right shift) = 1111>>2 = 0011

Shifts operatori possono essere combinati, quindi possono essere utilizzati per estrarre i dati dall'espressione intera. Scriviamo un programma per dimostrare l'uso degli operatori di spostamento bit a bit.

#include <stdio.h>
int main() {
int a = 20;	/* 20 = 010100 */  
int c = 0;           

c = a << 2;	/* 80 = 101000 */
printf("Left shift - Value of c is %d\n", c );

c = a >> 2;	/*05 = 000101 */
printf("Right shift - Value of c is %d\n", c );
return 0;
}

Produzione:

Left shift - Value of c is 80
Right shift - Value of c is 5

Dopo aver eseguito l'operazione di spostamento a sinistra il valore diventerà 80 il cui equivalente binario è 101000.

Dopo aver eseguito l'operazione di spostamento a destra, il valore diventerà 5 il cui equivalente binario è 000101.

Operatore di complemento bit a bit

Il complemento bit a bit è anche chiamato operatore di complemento a uno poiché accetta sempre solo un valore o un operando. È un operatore unario.

Quando eseguiamo il complemento su qualsiasi bit, tutti gli 1 diventano 0 e viceversa.

Se abbiamo un'espressione intera che contiene 0000 1111, dopo aver eseguito l'operazione di complemento bit a bit il valore diventerà 1111 0000.

L'operatore di complemento bit a bit è indicato dal simbolo tilde (~).

Scriviamo un programma che dimostra l'implementazione dell'operatore di complemento bit a bit.

#include <stdio.h>
int main() {
int a = 10;	/* 10 = 1010 */  
int c = 0;           
c = ~(a);      
printf("Complement - Value of c is %d\n", c );
return 0;
}

Produzione:

Complement - Value of c is -11

Ecco un altro programma, con un esempio di tutti gli operati discussi finora:

#include <stdio.h>
main() {
unsigned int x = 48;	/* 48 = 0011 0000 */  
unsigned int y = 13;	/* 13 = 0000 1101 */
int z = 0;           

z =x & y;       /* 0 = 0000 0000 */ 
printf("Bitwise AND Operator - x & y = %d\n", z );

z = x | y;       /* 61 = 0011 1101 */
printf("Bitwise OR Operator - x | y = %d\n", z );

z= x^y;       /* 61 = 0011 1101 */
printf("Bitwise XOR Operator- x^y= %d\n", z);

z = ~x;          /*-49 = 11001111 */
printf("Bitwise One's Complement Operator - ~x = %d\n", z);

z = x << 2;     /* 192 = 1100 0000 */
printf("Bitwise Left Shift Operator x << 2= %d\n", z );

z= x >> 2;     /* 12 = 0000 1100 */
printf ("Bitwise Right Shift Operator x >> 2= %d\n", z );}

Dopo aver compilato ed eseguito il programma, viene prodotto il seguente risultato:

Bitwise AND Operator - x & y = 0
Bitwise OR Operator - x | y = 61
Bitwise XOR Operator- x^y= 61
Bitwise One's Complement Operator - ~x = -49
Bitwise Left Shift Operator x << 2= 192
Bitwise Right Shift Operator x >> 2= 12

Sintesi

• Gli operatori bit a bit sono un set di operatori speciali fornito da 'C'.
• Sono utilizzati nella programmazione a livello di bit.
• Questi operatori vengono utilizzati per manipolare i bit di un'espressione intera.
• Operatori logici, di spostamento e di complemento sono tre tipi di operatori bit a bit.
• L'operatore di complemento bit a bit viene utilizzato per invertire i bit di un'espressione.