C语言位操作 - bit 、byte的清零，置1，提取，判断

2023-11-06

一、位操作概述

针对MCU的嵌入是开发中经常涉及到寄存器的操作，例如GPIO配置低寄存器GPIOx_CRL（共32个bit），有时需要改变其中的一位或者几位bit值，同时不能影响其它bit位的值。

例如，需要设置第0位bit=1时，不能简单的设置为：GPIOx_CRL=0x01 ，这样的方法会使得低配置寄存器GPIOx_CRL的其它比特位都置为0。

对于二进制位操作来说：

不管该位原来的值是0还是1，它跟0进行&运算，得到的结果都是0，而跟1进行&运算，将保持原来的值不变；

不管该位原来的值是0还是1，它跟1进行|运算，得到的结果都是1，而跟0进行|运算，将保持原来的值不变。

正确的方法是：

GPIOx_CRL=GPIOx_CRL | 0x01 或者 GPIOx_CRL |= 0x01

或者使用如下方法更加清晰，第几位需要置1就将0x01左移几位。

GPIOx_CRL |= (0x01 << 0);

二、位操作具体用法-提取、清零、置1、判断

位操作的用法可以分为四类：

1、寄存器数据的位、字节读取操作：1）提取某一个字节，2）提取某一位；

2、寄存器数据的位、字节清零操作：1）清零某一个字节，2）清零某一位；

3、寄存器数据的位、字节置1操作： 1）将某一个字节置1， 2）将某一位置1；

4、判断某一位或某几位连续的值：1）判断某一位的值，2）判断某几位连续位的值。

1、寄存器数据的位、字节读取操作

1）提取某一个字节

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define	GET_LOW_BYTE0(x)	((x >>  0) & 0x000000ff)	/* 获取第0个字节 */
#define	GET_LOW_BYTE1(x)	((x >>  8) & 0x000000ff)	/* 获取第1个字节 */
#define	GET_LOW_BYTE2(x)	((x >> 16) & 0x000000ff)	/* 获取第2个字节 */
#define	GET_LOW_BYTE3(x)	((x >> 24) & 0x000000ff)	/* 获取第3个字节 */

int main()
{
   unsigned int a=0x44332211;

    printf("0x%x的第0个字节为：0x%x\n",a,GET_LOW_BYTE0(a));
    printf("0x%x的第1个字节为：0x%x\n",a,GET_LOW_BYTE1(a));
    printf("0x%x的第2个字节为：0x%x\n",a,GET_LOW_BYTE2(a));
    printf("0x%x的第3个字节为：0x%x\n",a,GET_LOW_BYTE3(a));
    return 0;
}

2）提取某一位

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define	GET_BIT(x, bit)	((x & (1 << bit)) >> bit)	/* 获取第bit位 */

int main()
{
   unsigned int a=0x51;

    printf("0x%x的对应的二进制是：%x %x %x %x %x %x %x %x \n",a,GET_BIT(a,7),GET_BIT(a,6),GET_BIT(a,5),GET_BIT(a,4),GET_BIT(a,3),GET_BIT(a,2),GET_BIT(a,1),GET_BIT(a,0));
    printf("0x%x的第0位的值是：%x\n",a,GET_BIT(a,0));
    printf("0x%x的第1位的值是：%x\n",a,GET_BIT(a,1));
    printf("0x%x的第2位的值是：%x\n",a,GET_BIT(a,2));
    printf("0x%x的第3位的值是：%x\n",a,GET_BIT(a,3));
    printf("0x%x的第3位的值是：%x\n",a,GET_BIT(a,4));
    printf("0x%x的第3位的值是：%x\n",a,GET_BIT(a,5));
    printf("0x%x的第3位的值是：%x\n",a,GET_BIT(a,6));
    printf("0x%x的第3位的值是：%x\n",a,GET_BIT(a,7));
    return 0;
}

2、寄存器数据的位、字节清零操作

1）清零某一个字节

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>


#define	CLEAR_LOW_BYTE0(x)	(x &= 0xffffff00)	/* 清零第0个字节 */
#define	CLEAR_LOW_BYTE1(x)	(x &= 0xffff00ff)	/* 清零第1个字节 */
#define	CLEAR_LOW_BYTE2(x)	(x &= 0xff00ffff)	/* 清零第2个字节 */
#define	CLEAR_LOW_BYTE3(x)	(x &= 0x00ffffff)	/* 清零第3个字节 */

int main()
{
   unsigned int a=0x44332211;
   unsigned int b=0x44332211;
   unsigned int c=0x44332211;
   unsigned int d=0x44332211;

    printf("0x44332211的第0个字节清零后的值是：%#.8x\n",a,CLEAR_LOW_BYTE0(a));
    printf("0x44332211的第1个字节清零后的值是：%#.8x\n",b,CLEAR_LOW_BYTE1(b));
    printf("0x44332211的第2个字节清零后的值是：%#.8x\n",c,CLEAR_LOW_BYTE2(c));
    printf("0x44332211的第3个字节清零后的值是：%#.8x\n",d,CLEAR_LOW_BYTE3(d));
    return 0;
}

2）清零某一位

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>


#define	CLEAR_BIT(x, bit)	(x &= ~(1 << bit))	/* 清零第bit位 */

int main()
{
   unsigned int a0=0x81;
   unsigned int a1=0x82;
   unsigned int a2=0x84;
   unsigned int a3=0x88;


    printf("0x81的第0个bit清零后的值是：%#.2x\n",a0,CLEAR_BIT(a0, 0));
    printf("0x82的第1个bit清零后的值是：%#.2x\n",a1,CLEAR_BIT(a1, 1));
    printf("0x84的第2个bit清零后的值是：%#.2x\n",a2,CLEAR_BIT(a2, 2));
    printf("0x88的第3个bit清零后的值是：%#.2x\n",a3,CLEAR_BIT(a3, 3));
    return 0;
}

3、寄存器数据的位、字节置1操作

1）将某一个字节置1

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>


#define	SET_LOW_BYTE0(x)  (x |= 0x000000ff)	/* 第0个字节置1 */
#define	SET_LOW_BYTE1(x)  (x |= 0x0000ff00)	/* 第1个字节置1 */
#define	SET_LOW_BYTE2(x)  (x |= 0x00ff0000)	/* 第2个字节置1 */
#define	SET_LOW_BYTE3(x)  (x |= 0xff000000)	/* 第3个字节置1 */



int main()
{
   unsigned int a0=0x11111111;
   unsigned int a1=0x11111111;
   unsigned int a2=0x11111111;
   unsigned int a3=0x11111111;



    printf("0x11111111的第0个字节置1后的值是：%#.2x\n",a0,SET_LOW_BYTE0(a0));
    printf("0x11111111的第1个字节置1后的值是：%#.2x\n",a1,SET_LOW_BYTE1(a1));
    printf("0x11111111的第2个字节置1后的值是：%#.2x\n",a2,SET_LOW_BYTE2(a2));
    printf("0x11111111的第3个字节置1后的值是：%#.2x\n",a3,SET_LOW_BYTE3(a3));
    return 0;
}

2）将某一位置1

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>


#define	SET_BIT(x, bit)	(x |= (1 << bit))	/* 置位第bit位 */



int main()
{
   unsigned int a0=0x10;
   unsigned int a1=0x10;
   unsigned int a2=0x10;
   unsigned int a3=0x10;



    printf("0x10的第0个bit置1后的值是：%#.2x\n",a0,SET_BIT(a0, 0));
    printf("0x10的第1个bit置1后的值是：%#.2x\n",a1,SET_BIT(a1, 1));
    printf("0x10的第2个bit置1后的值是：%#.2x\n",a2,SET_BIT(a2, 2));
    printf("0x10的第3个bit置1后的值是：%#.2x\n",a3,SET_BIT(a3, 3));
    return 0;
}

4、判断某一位或某几位连续的值

1）判断某一位的值

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>


#define	SET_BIT(x, bit)	(x |= (1 << bit))	/* 置位第bit位 */



int main()
{
   unsigned int a=0x66;//二进制 01100110
    int i;
     for(i=0;i<8;i++)
    {
        if(a&(1<<i))//关键点
        {
            printf("0x66二进制的bit%d位的值是1\n",i);
        }
        else
        {
            printf("0x66二进制的bit%d位的值是0\n",i);
        }
    }


    return 0;
}

要判断第几位的值，if里就左移几位（不要移过头了）。在针对MCU的嵌入式编程中，可通过这样的方式来判断寄存器的状态位是否被置位。

2）判断某几位连续位的值

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>


/* 获取第[n:m]位的值 */
#define BIT_M_TO_N(x, m, n)  ((unsigned int)(x << (31-(n))) >> ((31 - (n)) + (m)))


int main()
{
   unsigned int a=0xAA;//二进制 10101010
   unsigned int value=0;
   int i,j;
    for(i=0,j=1;i<8,j<8;i++,j++)
    {
         value=BIT_M_TO_N(a, i, j);
        switch(value)
        {
            case 0:
                printf("0xAA的bit[%d,%d]位是：00\n",i,j);
            break;
            case 1:
                printf("0xAA的bit[%d,%d]位是：01\n",i,j);
            break;
            case 2:
                printf("0xAA的bit[%d,%d]位是：10\n",i,j);
            break;
            case 3:
                printf("0xAA的bit[%d,%d]位是：11\n",i,j);
            break;
        }
    }

    return 0;
}

这只是一个查询连续2个状态位的例子，当连续bit位大于2时，会有多种状态，这种情况下就可以用这种方法来取出状态位，再去执行相应操作。

下一篇文章结合STM32F103介绍关于具体寄存器的操作。

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