C编程 - 位运算符及其使用时机

Question

我在K&R II C Programming ANSI C书中读到">>"和"<<"运算符控制位，但是作为一名新手，我不知道何时使用它们。我对手动构建数据包产生了兴趣，然后我找到了以下代码片段：

unsigned short csum(unsigned short *buf, int nwords)
{       
        unsigned long sum;
        for(sum=0; nwords>0; nwords--)
                sum += *buf++;
        sum = (sum >> 16) + (sum &0xffff);
        sum += (sum >> 16);
        return (unsigned short)(~sum);
}

我知道这个计算出了校验和，但我不理解这里在做什么。XD

显然，这超出了我的技能范围，但我想我可以用这段代码来解决一些未解答的问题。什么时候你需要使用按位运算符来达到特定的值，为什么不直接使用加（+）或减（-）呢？此外，为什么在sum旁边有一个十六进制的&0xffff ，如果两者没有运算符？

P.S. ~sum是什么意思？

- user569322

Answer 1

你所说的一切都涉及到位级操作。例如，“var >> num”将变量向右移动num位（这意味着它将变量除以2^num）。此外，“~var”在位级上反转变量（例如，如果var = 5，则在位表示法中= 101 ----> ~var = 010）。

- Florin Stingaciu

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所以，所有的1变成0，所有的0变成1？ - user569322

Answer 2

何时使用位运算符来实现特定值？

当您需要操作对象的单个位时，且简单的整数算术不足以满足要求或者会使代码意图不够清晰时，请使用位运算符。

我知道这听起来很简单，但事实上就是这么简单。

为什么在sum旁边有一个十六进制的&0xffff？

&是按位与运算符。在这种情况下，它用于实现一个位掩码。

~sum是什么意思？

~是按位取反操作符；它反转每个位的值。

我希望您正在使用学习C的任何书籍中都能解释这些运算符。

- Oliver Charlesworth

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但是为什么在这种情况下不使用算术运算？这对程序意味着什么？ - user569322

@Ken：我不知道该怎么回答。这个计算的性质几乎需要位运算。 - Oliver Charlesworth

Answer 3

那不是一个问题，那是一堆问题。:)

1. 当您想将一个数字视为一组位而不是整数时，可以使用位运算符。说“我想将这个位模式向左移动两位”比创建等效的数学操作要容易得多。它们在概念上是不同的；如果您将数字视为位，则使用位运算符更有意义。
2. & 0xffff 确保值为 16 位，通过屏蔽所有高位来实现。这假定系统的 unsigned long 至少为 16 位宽，这是一个相当安全的假设。位运算符 & 经常用于此目的。查看逻辑合取的真值表 truth table 并思考“false 是 0，true 是 1”以了解其工作原理。
3. 十六进制常量前面的 & 是 C 的按位与运算符，用于执行上述掩码操作。基本上，对于单比特变量 a & b，仅当 a 和 b 都为 1 时，结果才为 1。该运算符将此逻辑应用于其输入项中的每一对比特。
4. ~ 运算符是 C 的按位取反运算符，它“翻转”其参数的位。它通常用于创建掩码。

- unwind

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为什么十六进制数前面要加上 & 符号？如果我把它去掉，对程序会有什么影响？ - user569322

@Ken 代码的作者只是省略了运算符&和十六进制字面量之间的空格。空格并不总是必要的，以将标记彼此分开，这是这种情况。如果您删除它，它将无法编译，因为两个操作数之间没有运算符。 - Daniel Fischer