1. C語言中的位操作符
 

因為C語言的設計目的是取代組合語言，所以它必須支援組合語言所具有的運算能力，所以C語言支援全部的位操作符(Bitwise Operators)。位操作是對位元組或字中的位(bit)進行測試、置位或移位處理，在對微處理器的程式設計中，特別適合對暫存器、I/O埠進行操作。因而本節將對此作比較詳細地介紹。

6種位操作符的形式與含義如下：
& ：按位“與”(AND)；
|  ：按位“或”(OR)；
^ ：按位“異或”(XOR)；
~ ：“取反” (NOT)；
>> ：資料右移；
<< ：資料左移；

1) 按位“與”運算
按位“與”運算子 & 的作用是對運算子兩側以二進位制表達的運算元按位分別進行“與”運算，而這一運算是以數中相同的位(bit)為單位的。操作的規則是：僅當兩個運算元都為1時，輸出的結果才為1，否則為0。
例如：
a = 0x88，b = 0x81，則a & b 的運算結果如下：

    0x88 1000 1000 a數
&    0x81 1000 0001 b數
   =        1000 0000

其中，& 運算子讓a數0x88與B數0x81的1位與1位、2位與2位……7位與7位分別相“與”。由於“與”運算的操作規則是，兩個運算元中各位只要有1個為0，其結果中對應的位就為0。而a數與b數中只有最高位(第7位)均為1，因而該位結果為1，其它各位結果都為0。通常我們可把按位“與”操作 & 作為關閉某位(即將該位置0)的手段，例如我們想要關閉a數中的第3位，而又不影響其它位的現狀，可以用一個數0xF7，即二進位制數1111 0111去與a數作按位“與”運算：
    0x88 1000 1000 a數
 &  0xF7 1111 0111 遮蔽數
   =       1000 0000

注意，這個數除第3位為0外，其它各位均為1，操作的結果只會將a數中的第3位置0，而a數的其它位不受影響。也就是說，若需要某個數的第n位關閉，只需要將該數與另一個數按位相與，另一個數除了相應的第n位為0外，其它各位都為1，以起到對其它各位的遮蔽作用。上面的運算可以用a = a &(0xF7) 來表示，也可以用a & =(0xF7) 來表達。這兩個表示式功能是相同的(見上節“複合賦值運算子”部分)，但在源程式程式碼中常常見到的以第二種形式為多。

2) 按位“或”運算
按位“或” 運算子 | 的作用是對運算子兩側以二進位制表達的運算元按位分別進行“或”運算，而這一運算是以數中相同的位(bit)為單位的。操作的規則是：僅當兩個運算元都為0時，輸出的結果才為0，否則為1。
例如：
a = 0x88，b = 0x81，則a | b 的運算結果如下：

  0x88 1000 1000 a數
|  0x81 1000 0001 b數
   =     1000 1001

通常我們可把按位“與”操作 & 作為置位(即將該位置1)的手段，例如我們想要將a數中的第0位和1位置1，而又不影響其它位的現狀，可以用一個數0x03，即二進位制數00000011去與a數作按位“或”運算：

  0x88 1000 1000 a數
| 0x03 0000 0011 遮蔽數
   =    1000 1011

注意，這個數除第0、1位為1外，其它各位均為0，操作的結果只會將a數中的第0、1位置0，而a數的其它位不受影響。也就是說，若需要某個數的第n位置1，只需要將該數與另一個數按位相“或”，另一個數除了相應的第n位為1外，其它各位都為0，以起到對其它各位的遮蔽作用。上面的運算可以用a = a | (0xF7) 來表示，也可以用a | =(0xF7) 來表達。

3) 按位“異或”運算
按位“異或”運算子 ^ 的作用是對運算子兩側以二進位制表達的運算元按位分別進行“異或”運算，而這一運算是以數中相同的位(bit)為單位的。異或運算操作的規則是：僅當兩個運算元不同時，相應的輸出結果才為1，否則為0。
例如：
a = 0x88，b = 0x81，則a ^ b 的運算結果如下：

    0x88 1000 1000 a數
^   0x81 1000 0001 遮蔽數
=            0000 1001

按位“異或”運算 ^ 具有一些特殊的應用，介紹如下：

① 按位“異或”運算可以使特定的位取反
例如：我們想讓a數中的最低位和最高位取反，只要用0x81，即二進位制數10000001去與它作按位“異或”運算，其運算結果同上式。經過操作後，最高位的值已經由1變0，而最低位的值也已經由0變1，起到了使這兩位翻轉的效果。其它位的狀態保持不變。可以看到，這個數除最低位、最高位為1外，其它各位均為0，操作的結果只會將a數中的第0、7位取反，而a數的其它位不受影響。也就是說，若需要某個數的第n位取反，只需要將該數與另一個數按位相“異或”，另一個數除了相應的第n位為1外，其它各位都為0，以起到對其它各位的遮蔽作用。上面的運算可以用a = a ^ (0x81) 來表示，也可以用a ^ =(0x81) 來表達。

② 直接交換兩個變數的值
例如，若有變數a = 3，b = 4，想要交換它們的值，可以做如下一組操作：
a ^ = b
b ^ = a
a ^ = b

首先，a ^ = b:
    a 0000 0011
^ b 0000 0100
a = 0000 0111

其次，b ^ = a:
    b 0000 0100
^ a 0000 0111
b = 0000 0011

最後，a ^ = b:
    a 0000 0111
^ b 0000 0011
a = 0000 0100

這樣，a、b兩個變數中的值就進行了對調。

4)“取反”運算
“取反”運算子 ~ 的作用是將各位數字取反：所有的0置為1，1置為0。例如：1001 0110 取反後為0110 1001。

5) 資料右移
資料右移操作符 > > 將變數的各位按要求向右移動若干位。右移語句的通常形式是：variable >>右移位數
如：
a = 1111 0000；
進行 a = a >> 2 操作後，a = 0011 1100。

6) 資料左移
資料左移操作符 < < 將變數的各位按要求向左移動若干位。左移語句的通常形式是：variable < <左移位數
如：
a = 1111 0000；
進行 a = a << 2 操作後，a =1100 0000。

無論是左移還是右移，當某位從一端移出時，另一端出現的空白將以從外面移入的0（某些計算機是送1，詳細內容請查閱相應C編譯程式使用者手冊）來補充。這說明，移位不同於迴圈，從一端移出的位並不送回到另一端去，移去的位永遠丟失了，同時在另一端只能補上相應位數的0。

移位操作可用於整數的快速乘除運算，左移一位等效於乘2，而右移一位等效於除以2。
如：x = 7， 二進位制表達為：0000 0111，
x < < 1             0000 1110，相當於： x =2*7=14，
x < < 3             0111 0000，相當於： x=14*2*2*2=112
x < < 2             1100 0000，          x= 192
在作第三次左移時，其中一位為1的位移到外面去了，而左邊只能以0補齊，因而便不等於112*2*2=448，而是等於192了。當x按剛才的步驟反向移動回去時，就不能返回到原來的值了，因為左邊丟掉的一個1，再也不能找回來了：
x > > 2              0011 0000，       x=48
x > > 3              0000 0110          x=48/8=6
x > > 1              0000 0011          x=6/2=3

移位操作還可以配合其它位操作夫對暫存器或者資料I/O介面的各個位進行設定、檢測，具體方法見下一節。

2.位操作符的一些實用方法介紹

1) 學會應用複合運算子
如前面所介紹的，位操作運算子可以和賦值運算子“=”一起組成複合運算子。即如下5個：
<<= 、>>=、&=、^=、|=
其中，x << = y，相當於x = x << y；
x >> = y，相當於x = x >> y；
x & = y， 相當於x = x & y；
x ^ = y， 相當於x = x ^ y；
x | = y，   相當於x = x | y；
學會在C語言中使用複合運算子，可以簡化源程式，優化目標程式。

2) C 語言中一些常見的位操作方法
由於我們此處學習C 語言的目的主要是為了開發微控制器的控制程式，為此我們特別關注一下對MPU的暫存器、I/O中某一位的操作語句。假如要對PORTA(埠A)的某些位進行賦值、置0、置1、取反、測試，可能會用到如一下一些語句：

① PORTA = 0x87
給整個PORTA賦值，作用是將1000 0111這個數賦予PORTA，即讓PORTA的第0、1、2和7位置1，其它位清0。

② PORTA = (1<<7)
給整個PORTA賦值，作用等價於PORTA = 0x80，將1000 0000這個數賦予PORTA，將指定的第7位置1，其餘各位置0。只不過這裡包括了兩個步驟，即先是括號中的1<<7操作，表示將0x01這個數左移7位，其值變成0x80，再將它賦予PORTA。

③ PORTA = (1<<7) | (1<< 3) | (1<< 2)
給整個PORTA賦值，作用與②中的操作相同，但是是分別對7、3、2位置1，而將其它各位均置0。它先要分別對三個括號中給定的值進行移位操作，再將它們按位“與”，最後將值賦予PORTA。即：

          1000 0000 (1<< 7)
                0000 1000 (1<< 3)
          |     0000 0100 (1<< 2)
   PORTA =1000 1100

④ PORTA & = 0x80
使PORTA中的指定位清0，等價於PORTA =PORTA & (0x80)。由於0x80的二進位制表達形式為1000 0000，利用其最高位為1，其它各位均為0的特性，作為一個模板將其等於1的那些位(如本例中的第7位)遮蔽起來，使之保持不變，而將其它位清0(不管原來為0還是為1)。因為PORTA與0x80按位“與”的結果如下：
PORTA   = 0x87 1000 0111
             & 0x80 1000 0000
            =           1000 0000
操作後，第7位的原來值1被保留，其它各個位被清0，其中最低的3位原來為1，現在均為0了。

⑤ PORTA & = (1<<7)
它也等價於PORTA & = 0x80：這裡也包括了兩個步驟，即先執行括號中的1<<7操作，將0x01左移7位，其值變成0x80，再將它與PORTA做按位“與”。該操作將除指定的第7位以外的各個位清0。

⑥PORTA & = ~ (1 << 7)
該指令在等號後面加了取反符號 ~ 。與上一條操作的區別是，在與PORTA做按位“與”前，還將0x80先行取反，將1000 0000轉換成0111 1111，再做按位“與”操作。這樣的操作結果是將指定的第7位清零，其它各位保持不變。

⑦ PORTA | = (1<<7)
等價於PORTA = PORTA | (1<<7)，這裡也是先執行括號中的1<<7操作，將0x01左移7位，其值變成0x80，再將它與PORTA做按位“或”。若操作前PORTA的初始值為0x07，則：

   PORTA 0000 0111
|  0x80    1000 0000
PORTA =  1000 0111
該操作將最高位置1，其它各位保持不變。
要注意的是，這條指令與PORTA = (1<<7) 相比，雖然都可以使指定的某一位置1，但它們有著不同之處。PORTA =(1<<7) 執行後，雖然某一位被置1了，但其它的位卻被修改了，即不管PORTA的初始值為什麼，原來為1的位都會被0覆蓋，執行的結果總是為1000 0000。而本條指令卻可以將其它位遮蔽起來，在改變要設定的那一位的同時，並不改變其它位的狀態。

3) 巧用C語言中的位操作方法

① 將暫存器的指定位置1或清0
在實際應用中，經常利用：PORTA | = (1<< n) 這條指令將暫存器的任意位置1，而又不影響其它位的現有狀態。比如說，你如果想將第4位置1，就使用：PORTA | = (1<< 4) 就行了。當然，也可以使用：PORTA | = (1<< 7) | (1<< 4 ) | (1<< 0) 這樣的指令一次將設第8、5和1位置1，但又不影響到其它位的狀態。在實際應用中，經常利用：PORTA & = ~ (1<< n) 這條指令將暫存器的任意位清0，而又不影響其它位的現有狀態。比如說，你如果想將第4位清0，就使用：PORTA & = ~ (1<< 4) 就行了。
在啟動nRF905晶片向空中傳送資料時，採用以下函式：

/* ShockBurst 發射資料 */
void nrf905_TxSend(void)
{
   PORTD|=(1<<TRXCE);
   DelayUs(1);//>10us
   PORTD &= ~(1<<TRXCE);
}

其中讓PORTD中控制TRX_CE訊號的那一位先置1，再清0，輸出一高一低的脈衝訊號，就在一個脈衝週期內，完成了一次資料傳送。因為在程式的開頭已經定義TRX_CE訊號為PD6位，即TRXCE = 6，因而上面兩行程式等價於：
PORTD|=(1<< 6);
PORTD &= ~(1<< 6);

② 測試暫存器指定位的狀態
nRF905在接收資料過程中，要分別發出CD、AM和DR訊號，而MPU也要分別對這些位進行檢測，看它們是否變高，若變高，就執行下一步，否則就跳出分支，返回主程式。下面就是對這些位進行檢測的一段函式：
/*檢查接收情況*/
void nrf905_RxRecv(void)
{
while ((PIND&(1<<CD))==0); //CD引腳置1,檢測到載波訊號
while ((PIND&(1<<AM))==0); //一般先AM=1指示地址匹配對
while ((PIND&(1<<DR))==0); //DR=1時表示資料接收對而且Crc正確
//nrf905已經接收到資料
       nrf905_ReadData(0);//讀出nrf905中的資料
}
其中有：while   ((PIND&(1<<DR))= =0); 或者：if   ((PIND&(1<<DR))= =0); 語句，其功能就是對暫存器指定的位進行測試。括號中是一個等式，我們將其拆分開介紹它的作用：
1<<DR：
DR在程式的開始已經被定義為2，(1<<DR)也就是(1<< 2)，表示將0x01左移2位，結果為0000 0100；
PIND& (1<<DR)：
PIND為PORTD埠的8位引腳的值，PIND& (1<<DR)表示讓它和(1<<DR) 亦即和0000 0100按位相“與”。不管PIND的其它位為何值，由於和0相與，這些位的結果都為0，我們關心的只有第2位的狀態。由於該位與1相與，只要DR為高，就會有：
   PIND     xxx x1xx
&            0000 0100
   結果=   0000 0100

結果的第二位的狀態為1，也就是整個表示式：
(PIND&(1<<DR))= = 0不成立，語句的邏輯值為0。
若DR為低，則有：

PIND     xxxx x0xx
&          0000 0100
   結果= 0000 0000

也就是整個表示式的結果為0，(PIND&(1<<DR))= = 0成立，語句的邏輯值為1。根據括號中邏輯值的情況，while 或者if 語句再決定程式的流向。