第十五章 位操作

15.1 二进制数、位和字节

二进制数（binary number）：以 2 为基底表示的数字。

C 语言用字节表示存储系统字符集所需的大小，所以 C 字节可能是 8 位，9 位，16 位或其他值。通常为 8 位。

二进制补码（two's-complement）：

• 正数的高位为 0：表示正数，低七位表示数值；
• 负数的高位为 1：表示负数，低七位各取反加一表示负值的量。

一个二进制补码的相反数，各位取反加一，因为不是对称的。

0 - 127，-128 - -1

二进制小数

0.101 = 1/2 + 0/4 + 1/8

15.2 其他进制数

八进制，十六进制

15.3 C 按位运算符

• 按位运算符

• 按位取反：~

• 按位与：&

• 按位或：|

• 按位异或：^

用法

• 掩码

  一些设置为开或关的位组合。

• 设置位

  打开一个值中的特定位，同时保持其他位不变。

  flag |= mask

• 关闭位

  关闭一个值中的特定位，同时保持其他位不变。

  flag &= ~mask

• 切换位

  切换一个值中的特定位的开关状态，同时保持其他位不变。

• 检查位的值

  flag &= mask

移位运算符

• 左移：<<

• 右移：>>

15.4 字段

位字段（bit field）：signed int 或 unsigned int 类型变量中的一组相邻的位。

struct
{
  unsigned int field1 : 1;
  unsigned int        : 2;
  unsigned int field2 : 1;
  unsigned int        : 0;
  unsigned int field3 : 1;
}

• 总位数超出一个 unsigned int 类型，会用到下一个 unsigned int 类型的存储位置。
• 一个字段不允许跨越两个 unsigned int 之间的边界，会自动移动跨界的字段，保持 unsigned int 的边界对齐。
• 可以用未命名的字段宽度填充未命名的洞。
• 使用一个宽度位 0 的未命名字段迫使下一个字段与下一个整数对齐。

15.5 对齐特性（C11）

_Alignof 给出一个类型的对齐要求。

_Alignas 指定一个变量或类型的对齐值。

_Alignas(double) char c1;
_Alignas(8) char c2;
unsigned char _Alignas(long double) c_arr[sizeof(long double)];

C11 还在 stdlib.h 库中添加了一个新的内存分配函数，用于动态分配的内存。

void *aligned_alloc(size_t alignment, size_t size);