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第十四讲 枚举与位运算

 在实际问题中, 有些变量的取值被限定在一个有限的范围内。例如,一个星期内只有七天,一年只有十二个月, 一个班每周有六门课程等等。如果把这些量说明为整型, 字符型或其它类型显然是不妥当的。 为此,C语言提供了一种称为“枚举”的类型。在“枚举”类型的定义中列举出所有可能的取值, 被说明为该“枚举”类型的变量取值不能超过定义的范围。应该说明的是, 枚举类型是一种基本数据类型,而不是一种构造类型, 因为它不能再分解为任何基本类型。

  枚举类型的定义和枚举变量的说明

  一、枚举的定义

  枚举类型定义的一般形式为:

enum 枚举名
{
 枚举值表
};

  在枚举值表中应罗列出所有可用值。这些值也称为枚举元素。

  例如:

enum weekday
{
 sun,mou,tue,wed,thu,fri,sat
};

  该枚举名为weekday,枚举值共有7个,即一周中的七天。 凡被说明为weekday类型变量的取值只能是七天中的某一天。

  二、枚举变量的说明

  如同结构和联合一样,枚举变量也可用不同的方式说明, 即先定义后说明,同时定义说明或直接说明。设有变量a,b,c被说明为上述的weekday,可采用下述任一种方式:

enum weekday
{
......
};
enum weekday a,b,c;或者为: enum weekday
{
......
}a,b,c;或者为: enum
{
......
}a,b,c;

  枚举类型变量的赋值和使用

  枚举类型在使用中有以下规定:

  1. 枚举值是常量,不是变量。不能在程序中用赋值语句再对它赋值。例如对枚举weekday的元素再作以下赋值: sun=5;mon=2;sun=mon; 都是错误的。

  2. 枚举元素本身由系统定义了一个表示序号的数值,从0 开始顺序定义为0,1,2…。如在weekday中,sun值为0,mon值为1, …,sat值为6。

main(){
 enum weekday
 {
  sun,mon,tue,wed,thu,fri,sat
 } a,b,c;
 a=sun;
 b=mon;
 c=tue;
 printf("%d,%d,%d",a,b,c);
}

  3. 只能把枚举值赋予枚举变量,不能把元素的数值直接赋予枚举变量。如: a=sum;b=mon; 是正确的。而: a=0;b=1; 是错误的。如一定要把数值赋予枚举变量,则必须用强制类型转换,如: a=(enum weekday)2;其意义是将顺序号为2的枚举元素赋予枚举变量a,相当于: a=tue; 还应该说明的是枚举元素不是字符常量也不是字符串常量, 使用时不要加单、双引号。

main(){
 enum body
 {
  a,b,c,d
 } month[31],j;
 int i;
 j=a;
 for(i=1;i<=30;i++){
  month[i]=j;
  j++;
  if (j>d) j=a;
 }
 for(i=1;i<=30;i++){
  switch(month[i])
  {
   case a:printf(" %2d %c\t",i,'a'); break;
   case b:printf(" %2d %c\t",i,'b'); break;
   case c:printf(" %2d %c\t",i,'c'); break;
   case d:printf(" %2d %c\t",i,'d'); break;
   default:break;
  }
 }
 printf("\n");
}
 位运算

  前面介绍的各种运算都是以字节作为最基本位进行的。 但在很多系统程序中常要求在位(bit)一级进行运算或处理。C语言提供了位运算的功能, 这使得C语言也能像汇编语言一样用来编写系统程序。

  一、位运算符C语言提供了六种位运算符

  & 按位与
  | 按位或
  ^ 按位异或
  ~ 取反
  << 左移
  >> 右移

  1. 按位与运算 按位与运算符"&"是双目运算符。其功能是参与运算的两数各对应的二进位相与。只有对应的两个二进位均为1时,结果位才为1 ,否则为0。参与运算的数以补码方式出现。

  例如:9&5可写算式如下: 00001001 (9的二进制补码)&00000101 (5的二进制补码) 00000001 (1的二进制补码)可见9&5=1。

  按位与运算通常用来对某些位清0或保留某些位。例如把a 的高八位清 0 , 保留低八位, 可作 a&255 运算 ( 255 的二进制数为0000000011111111)。

main(){
 int a=9,b=5,c;
 c=a&b;
 printf("a=%d\nb=%d\nc=%d\n",a,b,c);
}

  2. 按位或运算 按位或运算符“|”是双目运算符。其功能是参与运算的两数各对应的二进位相或。只要对应的二个二进位有一个为1时,结果位就为1。参与运算的两个数均以补码出现。

   例如:9|5可写算式如下:

00001001|00000101
00001101 (十进制为13)可见9|5=13
main(){
 int a=9,b=5,c;
 c=a|b;
 printf("a=%d\nb=%d\nc=%d\n",a,b,c);
}

  3. 按位异或运算 按位异或运算符“^”是双目运算符。其功能是参与运算的两数各对应的二进位相异或,当两对应的二进位相异时,结果为1。参与运算数仍以补码出现,例如9^5可写成算式如下:

00001001^00000101 00001100 (十进制为12)
main(){
 int a=9;
 a=a^15;
 printf("a=%d\n",a);
}

  4. 求反运算 求反运算符~为单目运算符,具有右结合性。 其功能是对参与运算的数的各二进位按位求反。例如~9的运算为: ~(0000000000001001)结果为:1111111111110110

  5. 左移运算 左移运算符“<<”是双目运算符。其功能把“<< ”左边的运算数的各二进位全部左移若干位,由“<<”右边的数指定移动的位数,

  高位丢弃,低位补0。例如: a<<4 指把a的各二进位向左移动4位。如a=00000011(十进制3),左移4位后为00110000(十进制48)。6. 右移运算 右移运算符“>>”是双目运算符。其功能是把“>> ”左边的运算数的各二进位全部右移若干位,“>>”右边的数指定移动的位数。

  例如:设 a=15,a>>2 表示把000001111右移为00000011(十进制3)。 应该说明的是,对于有符号数,在右移时,符号位将随同移动。当为正数时, 最高位补0,而为负数时,符号位为1,最高位是补0或是补1 取决于编译系统的规定。Turbo C和很多系统规定为补1。

main(){
 unsigned a,b;
 printf("input a number: ");
 scanf("%d",&a);
 b=a>>5;
 b=b&15;
 printf("a=%d\tb=%d\n",a,b);
}

  请再看一例!

main(){
 char a='a',b='b';
 int p,c,d;
 p=a;
 p=(p<<8)|b;
 d=p&0xff;
 c=(p&0xff00)>>8;
 printf("a=%d\nb=%d\nc=%d\nd=%d\n",a,b,c,d);
}
 位域

  有些信息在存储时,并不需要占用一个完整的字节, 而只需占几个或一个二进制位。例如在存放一个开关量时,只有0和1 两种状态, 用一位二进位即可。为了节省存储空间,并使处理简便,C语言又提供了一种数据结构,称为“位域”或“位段”。所谓“位域”是把一个字节中的二进位划分为几个不同的区域, 并说明每个区域的位数。每个域有一个域名,允许在程序中按域名进行操作。 这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位域来表示。一、位域的定义和位域变量的说明位域定义与结构定义相仿,其形式为:

  struct 位域结构名

  { 位域列表 };

  其中位域列表的形式为: 类型说明符 位域名:位域长度

  例如:

struct bs
{
 int a:8;
 int b:2;
 int c:6;
};

  位域变量的说明与结构变量说明的方式相同。 可采用先定义后说明,同时定义说明或者直接说明这三种方式。例如:

struct bs
{
 int a:8;
 int b:2;
 int c:6;
}data;

  说明data为bs变量,共占两个字节。其中位域a占8位,位域b占2位,位域c占6位。对于位域的定义尚有以下几点说明:

  1. 一个位域必须存储在同一个字节中,不能跨两个字节。如一个字节所剩空间不够存放另一位域时,应从下一单元起存放该位域。也可以有意使某位域从下一单元开始。例如:

struct bs
{
 unsigned a:4
 unsigned :0 /*空域*/
 unsigned b:4 /*从下一单元开始存放*/
 unsigned c:4
}

  在这个位域定义中,a占第一字节的4位,后4位填0表示不使用,b从第二字节开始,占用4位,c占用4位。

  2. 由于位域不允许跨两个字节,因此位域的长度不能大于一个字节的长度,也就是说不能超过8位二进位。

  3. 位域可以无位域名,这时它只用来作填充或调整位置。无名的位域是不能使用的。例如:

struct k
{
 int a:1
 int :2 /*该2位不能使用*/
 int b:3
 int c:2
};

  从以上分析可以看出,位域在本质上就是一种结构类型, 不过其成员是按二进位分配的。

  二、位域的使用

  位域的使用和结构成员的使用相同,其一般形式为: 位域变量名·位域名 位域允许用各种格式输出。

main(){
 struct bs
 {
  unsigned a:1;
  unsigned b:3;
  unsigned c:4;
 } bit,*pbit;
 bit.a=1;
 bit.b=7;
 bit.c=15;
 printf("%d,%d,%d\n",bit.a,bit.b,bit.c);
 pbit=&bit;
 pbit->a=0;
 pbit->b&=3;
 pbit->c|=1;
 printf("%d,%d,%d\n",pbit->a,pbit->b,pbit->c);
}

  上例程序中定义了位域结构bs,三个位域为a,b,c。说明了bs类型的变量bit和指向bs类型的指针变量pbit。这表示位域也是可以使用指针的。

  程序的9、10、11三行分别给三个位域赋值。( 应注意赋值不能超过该位域的允许范围)程序第12行以整型量格式输出三个域的内容。第13行把位域变量bit的地址送给指针变量pbit。第14行用指针方式给位域a重新赋值,赋为0。第15行使用了复合的位运算符"&=", 该行相当于: pbit->b=pbit->b&3位域b中原有值为7,与3作按位与运算的结果为3(111&011=011,十进制值为3)。同样,程序第16行中使用了复合位运算"|=", 相当于: pbit->c=pbit->c|1其结果为15。程序第17行用指针方式输出了这三个域的值。
 类型定义符typedef

  C语言不仅提供了丰富的数据类型,而且还允许由用户自己定义类型说明符,也就是说允许由用户为数据类型取“别名”。 类型定义符typedef即可用来完成此功能。例如,有整型量a,b,其说明如下: int aa,b; 其中int是整型变量的类型说明符。int的完整写法为integer,

  为了增加程序的可读性,可把整型说明符用typedef定义为: typedef int INTEGER 这以后就可用INTEGER来代替int作整型变量的类型说明了。 例如: INTEGER a,b;它等效于: int a,b; 用typedef定义数组、指针、结构等类型将带来很大的方便,不仅使程序书写简单而且使意义更为明确,因而增强了可读性。例如:

typedef char NAME[20]; 表示NAME是字符数组类型,数组长度为20。

  然后可用NAME 说明变量,如: NAME a1,a2,s1,s2;完全等效于: char a1[20],a2[20],s1[20],s2[20]
又如:

typedef struct stu{ char name[20];
 int age;
 char sex;
} STU;

  定义STU表示stu的结构类型,然后可用STU来说明结构变量: STU body1,body2;

  typedef定义的一般形式为: typedef 原类型名 新类型名 其中原类型名中含有定义部分,新类型名一般用大写表示, 以便于区别。在有时也可用宏定义来代替typedef的功能,但是宏定义是由预处理完成的,而typedef则是在编译时完成的,后者更为灵活方便。
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