25. Примеры применения побитовых операций

Как уже говорилось, побитовые операции используются для обработки отдельных двоичных разрядов памяти. Для манипулирования отдельным битом необходимо научиться делать следующее:

• определять значение заданного бита;

• устанавливать значение заданного бита в значение 0 или 1;

• инвертировать значение заданного бита.

Это можно сделать так:

unsigned a = 1234; // Целое значение, битами которого мы будем управлять

unsigned short n = 4; // Номер необходимого бита (от 0 до 31)

bool r; // Значение результата (0 или 1)

/* Узнаем, чему равен n-й бит (двоичный разряд) значения a. Результат поместим в переменную r */

r = a & (1U << n);

cout << "Разряд с номером " << n << " равен " << r << endl; // значение 1

/* Установим n-й бит (двоичный разряд) значения a в 0. Результат поместим в переменную а */

a = a & (~ (1U << n));

cout << "Значение а равно " << a << endl; // значение 1218

/* Проверяем */

r = a & (1U << n);

cout << "Разряд с номером " << n << " равен " << r << endl; // значение 0

/* Возвращаем n-й бит (двоичный разряд) значения a в 1. Результат поместим в переменную а */

a = a | (1U << n);

cout << "Значение а равно " << a << endl; // значение 1234

/* Проверяем */

r = a & (1U << n);

cout << "Разряд с номером " << n << " равен " << r << endl; // значение 1

/* Инвертируем n-й бит (двоичный разряд) значения a. Результат поместим в переменную а */

a = a ^ (1U << n);

cout << "Значение а равно " << a << endl; // значение 1218

/* Проверяем */

r = a & (1U << n);

cout << "Разряд с номером " << n << " равен " << r << endl; // значение 0

/* Еще раз инвертируем n-й бит (двоичный разряд) значения a. Результат поместим в переменную а */

a = a ^ (1U << n);

cout << "Значение а равно " << a << endl; // значение 1234

/* Проверяем */

r = a & (1U << n);

cout << "Разряд с номером " << n << " равен " << r << endl; // значение 1

Изменяя значение переменной n в диапазоне от 0 до 31 можно выполнить все эти действия над любым битом переменной a какое бы значение она не содержала.

Таким образом, для того, чтобы узнать, чему равен двоичный разряд с номером n в значении переменной a, мы воспользовались выражением

a & (1U << n).

Иллюстрация вычисления этого выражения:

Номер разряда: 31 30 … 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

1U: 0 0 … 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 = 1

1U << n: 0 0 … 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0

Значение a: 0 0 … 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 = 1234

a & (1U << n): 0 0 … 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 = 16

Результатом вычисления этого выражения является целое значение не равное 0. Операция присваивания этого значения логической переменной r автоматически преобразует целое значение 16 в логическое значение true (т.е. 1).

Если бы значение a имело бы разряд с номером 4 равным 0, то результатом вычисления этого выражения было бы значение 0. При выполнении операции присваивания это значение было бы преобразовано в логическое значение false (т.е. 0).

Для установки значения разряда с номером n в переменной a в значение 0 используется выражение

a & (~ (1U << n)).

Иллюстрация вычисления этого выражения:

Номер разряда: 31 30 … 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

1U: 0 0 … 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 = 1

1U << n: 0 0 … 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0

~ (1U << n): 1 1 … 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1

Значение a: 0 0 … 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 = 1234

a & (1U << n): 0 0 … 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 = 1218

Для установки значения разряда с номером n в переменной a в значение 1 используется выражение

a | (1U << n).

Иллюстрация вычисления этого выражения:

Номер разряда: 31 30 … 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

1U: 0 0 … 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 = 1

1U << n: 0 0 … 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0

Значение a: 0 0 … 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 = 1218

a | (1U << n): 0 0 … 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 = 1234

Для инвертирования значения разряда с номером n в переменной a используется выражение

a ^ (1U << n).

Иллюстрация вычисления этого выражения при a = 1218:

Номер разряда: 31 30 … 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

1U: 0 0 … 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 = 1

1U << n: 0 0 … 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0

Значение a: 0 0 … 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 = 1218

a ^ (1U << n): 0 0 … 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 = 1234

Но, если a = 1234, то:

Номер разряда: 31 30 … 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

1U: 0 0 … 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 = 1

1U << n: 0 0 … 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0

Значение a: 0 0 … 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 = 1234

a ^ (1U << n): 0 0 … 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 = 1218