Побитовые операции

В С++ существуют следующие побитовые (поразрядные) операции:

- унарная операция поразрядного отрицания (дополнение) – '~';

- бинарная операция поразрядного И (умножение) – '&';

- бинарная операция поразрядного ИЛИ (сложение) – '|';

- бинарная операция поразрядного исключающего ИЛИ (XOR) – '^';

Операнды поразрядных операций могут быть любого целого типа.

Операция ~инвертирует операнд, т.е. меняет в его битовом представлении все 0 на 1, а все 1 – на 0.

Операция & сравнивает каждый бит первого операнда с соответствующим битом второго операнда. Если оба соответствующих бита – единицы, то соответствующий бит результата устанавливается в 1, в противном случае в 0.

Операция |сравнивает каждый бит первого операнда с соответствующим битом второго операнда; если хотя бы один из них равен 1, то соответствующий бит результата устанавливается в 1, в противном случае – в 0.

Операция ^. Если сравниваемые биты одинаковы, то результат устанавливается в 0, если различны – в 1.

Пример побитовых операций:

short a = 0x45FF;

short b = 255; // 0xFF
short c;
c = a ^ b; // c: 0x4500
c = a | b; // c: 0x45FF
c = a & b; // c: 0x00FF
c = ~ a; // c: 0xBA00

Этот фрагмент программы можно проиллюстрировать так:

Поразрядные операции часто используются для создания битовых масок, которые позволяют компактно хранить набор флагов (значения логического типа, равные true или false) в одной переменной.

В этом случае для работы с маской используются следующие операции:

- для установки флага – '|';

- для проверки установлен ли флаг – '&';

- для снятия флага – '~' вместе с '&'.

Например, пусть нужно хранить набор прав доступа к файлу для пользователя-владельца и всех остальных пользователей:

// Объявляем флаги с возможными правами доступа

char usr_exec = 1; // Пользователь может выполнять файл (0000 0001)

char usr_write = 2; // Пользователь может изменять файл (0000 0010)

char usr_read = 4; // Пользователь может читать файл (0000 0100)

char other_exec = 8; // Остальные могут выполнять файл (0000 1000)

char other_write = 16; // Остальные могут изменять файл (0001 0000)

char other_read = 32; // Остальные могут читать файл (0010 0000)

// Переменная, которая будет хранить права доступа к файлу

char rights;

// Начальное значение – 0, ни один флаг не установлен, никаких прав ни у кого

rights = 0;

// Устанавливаем флаги usr_exec, usr_read, other_write

rights = rights | usr_exec; // rights = 00000001

rights |= usr_read; // rights = 00000101

rights |= other_write; // rights = 00010101

//Проверяем установлен ли флаг other_write и если да – снимаем его

if (rights & other_write) // rights & other_write = 0001 0000 (true)

rights &= ~other_write; // rights = 00000101

Сдвиги

Операции сдвига << и >> осуществляют соответственно сдвиг влево и вправо своего левого операнда на число битовых позиций, заданных правым операндом. Таким образом, Х << n возвращает значение Х, сдвинутое влево на n позиций, заполняя освобождающиеся биты нулями. При этом теряются n старших битов.

Сдвиг вправо величины без знака сопровождается дополнением старших битов нулями. Если сдвигается значение со знаком, то результат сдвига определяется реализацией. В любом случае n младших битов теряются.

Операции сдвига не изменяют значение, хранящееся в X (в левом операнде).

Правый операнд должен быть константным выражением, т.е. выражением, включающим в себя только константы. Если правый операнд отрицателен или он больше или равен числу битов левого операнда, то результат сдвига не определён.