Стенли Липпман - Язык программирования C++. Пятое издание

Побитовые операторы (bitwise operator) получают операнды целочисленного типа, которые они используют как коллекции битов. Эти операторы позволяют проверять и устанавливать отдельные биты. Как будет описано в разделе 17.2, эти операторы можно также использовать для библиотечного типа bitset, представляющего коллекцию битов изменяемого размера.

Как обычно, если операнд — "малое целое число", его значение сначала преобразуется (раздел 4.11) в больший целочисленный тип. Операнды могут быть знаковыми или беззнаковыми.

Таблица 4.3. Побитовые операторы (левосторонний порядок)

Если операнд знаковый и имеет отрицательное значение, то способ обработки "знакового разряда" большинства битовых операций зависит от конкретной машины. Кроме того, результат сдвига влево, изменяющего знаковый разряд, непредсказуем.

Поскольку нет никаких гарантий однозначного выполнения побитовых операторов со знаковыми переменными на разных машинах, настоятельно рекомендуется использовать в них только беззнаковые целочисленные значения.

Мы уже использовали перегруженные версии операторов >>и <<, которые библиотека IO определяет для ввода и вывода. Однако первоначальное значение этих операторов — побитовый сдвиг операндов. Они возвращают значение, являющееся копией (возможно преобразованной) левого операнда, биты которого сдвинуты. Правый операнд не должен быть отрицательным, и его значение должно быть меньше количества битов результата. В противном случае операция имеет неопределенный результат. Биты сдвигаются влево ( <<) или право ( >>), при этом вышедшие за пределы биты отбрасываются.

Оператор сдвига влево ( <<) (left-shift operator) добавляет нулевые биты справа. Поведение оператора сдвига вправо ( >>) (right-shift operator) зависит от типа левого операнда: если он беззнаковый, то оператор добавляет слева нулевые биты; если он знаковый, то результат зависит от конкретной реализации: слева вставляются либо копии знакового разряда, либо нули.

В этих примерах подразумевается, что младший бит расположен справа, тип charсодержит 8 битов, а тип int— 32 бита

// 0233 - восьмеричный литерал (см. раздел 2.1.3)

unsigned char bits = 0233; 1 0 0 1 1 0 1 1

bits << 8 // bits преобразуется в int и сдвигается влево на 8 битов

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0

bits << 31 // сдвиг влево на 31 бит отбрасывает крайние левые биты

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

bits >> 3 // сдвиг вправо на 3 бита отбрасывает 3 крайних правых бита

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1

Побитовый оператор NOT ( ~) (bitwise NOT operator) создает новое значение с инвертированными битами своего операнда. Каждый бит, содержащий 1, превращается в 0; каждый бит, содержащий 0, — в 1.

unsigned char bits = 0227; 1 0 0 1 0 1 1 1

~bits

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0

Здесь операнд типа charсначала преобразуется в тип int. Это оставляет значение неизменным, но добавляет нулевые биты в позиции старших разрядов. Таким образом, преобразование в тип intдобавляет 24 бита старших разрядов, заполненных нулями. Биты преобразованного значения инвертируются.

Побитовые операторы AND ( &), OR ( |) и XOR ( ^) создают новые значения с битовым шаблоном, состоящим из двух их операндов.

unsigned char b1 = 0145; 0 1 1 0 0 1 0 1

unsigned char b2 = 0257; 1 0 1 0 1 1 1 1

b1 & b2 Все 24 старших бита 0 0 0 1 0 0 1 0 1

b1 | b2 Все 24 старших бита 0 1 1 1 0 1 1 1 1

b1 ^ b2 Все 24 старших бита 0 1 1 0 0 1 0 1 0

Каждая битовая позиция результата побитового оператора AND ( &) содержит 1, если оба операнда содержат 1 в этой позиции; в противном случае результат — 0. У побитового оператора OR ( |) бит содержит 1, если один или оба операнда содержат 1; в противном случае результат — 0. Для побитового оператора XOR ( ^) бит содержит 1, если любой, но не оба операнда содержат 1; в противном случае результат — 0.

Побитовые и логические (см. раздел 4.3) операторы нередко путают. Например, путают побитовый оператор &с логическим &&, побитовый |с логическим ||и побитовый ~с логическим !.

Рассмотрим пример использования побитовых операторов. Предположим, что есть класс с 30 учениками. Каждую неделю класс отвечает на контрольные вопросы с оценкой "сдано/не сдано". Результаты всех контрольных записываются, по одному биту на ученика, чтобы представить успешную оценку или нет. Каждую контрольную можно представить в виде беззнакового целочисленного значения.

unsigned long quiz1 = 0; // это значение используется

// как коллекция битов

Переменная quiz1определена как unsigned long. Таким образом, на любой машине она будет содержать по крайней мере 32 бита. Переменная quiz1инициализируется явно, чтобы ее значение было определено изначально.

Учитель должен быть способен устанавливать и проверять отдельные биты. Например, должна быть возможность установить бит, соответствующий ученику номер 27, означающий, что этот ученик сдал контрольную. Чтобы указать, что ученик 27 прошел контрольную, создадим значение, у которого установлен только бит номер 27. Если затем применить побитовый оператор OR к этому значению и значению переменной quiz1, то все биты, кроме бита 27, останутся неизменными.

В данном примере счет битов переменной quiz1начинается с 0, соответствующего младшему биту, 1 соответствует следующему биту и т.д.

Чтобы получить значение, означающее, что ученик 27 сдал контрольную, используется оператор сдвига влево и целочисленный литерал 1 типа unsigned long(см. раздел 2.1.3).