【STM32】位操作、按位与、按位或、按位异或、取反、左移、右移等基础 C 语言知识补充

waruqi 发布于2021-09-23 11:21 / 4922人阅读

摘要：总结对于原二进制数来说，是不变，是反转。的位数对应原二进制数的位数，对各位进行屏蔽，全部置。左移左移与右移比较类似，是将目标二进制数字向左右移动相应的位数。语言中的逻辑运算符按位与，按位或，按位异或，取反，左右移位不完全手册立创开源

文章目录

1 位操作
2 单片机中常用操作

1 位操作

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

c 语言中存在以上 6 个位操作运算符，且它们只能用于整形操作数。

总结：对于原二进制数来说，&0是屏蔽，&1是不变。

总结：对于原二进制数来说，|0是不变，|1是置1。

总结：对于原二进制数来说，^0是不变，^1是反转。

1.1 按位与

按位与的定义是：同一二进制位上的数字都是1的话，& 的结果为1，否则为0。

运算	结果
0 & 0	0
0 & 1	0
1 & 0	0
1 & 1	1

根据这个特性，& 操作常常用来屏蔽特定的二进制位。

例如：0000 1111 & 0000 0011 = 0000 0011


与运算	0 0 0 0 1 1 1 1
&	0 0 0 0 0 0 1 1
结果	0 0 0 0 0 0 1 1

可以看见，1111的前两位被屏蔽成为0了。

所以如果想清空数据，只需要将原二进制数与上 &0 就可以了。0的位数对应原二进制数的位数，对各位进行屏蔽，全部置0。

相对的，&可以利用0来屏蔽，也可以用1来读取。

例如：一个二进制数 1101 1001，我只想要它的后四位，怎么办呢？

只需要进行如下操作：1101 1001 & 0000 1111即可。


与运算	1 1 0 1 1 0 0 1
&	0 0 0 0 1 1 1 1
结果	0 0 0 0 1 0 0 1

其实该方法是屏蔽和读取的结合，&0保证消除无用位，&1保证有用数据的完整性。

总结：对于原二进制数来说，&0是屏蔽，&1是不变。

1.2 按位或

定义：只要参与运算的双方其中有一个是1，结果就是1.同0才为0。

运算	结果
0 ｜ 0	0
0 ｜ 1	1
1 ｜ 0	1
1 ｜ 1	1

主要用作将某些特定位置1。

例如：1010 0000 | 0000 1111 = 1010 1111。


或运算	1 0 1 0 0 0 0 0
｜	0 0 0 0 1 1 1 1
结果	1 0 1 0 1 1 1 1

总结：对于原二进制数来说，|0是不变，|1是置1。

1.3 按位异或

只要参与运算的双方互异，结果就为1，否则为0。

运算	结果
0 ^ 0	0
0 ^ 1	1
1 ^ 0	1
1 ^ 1	0

可以通过上面的定义看到，一个数^1 的话就会0变成1，1变成0，而^0则不对原数进行改变。所以根据此特性可以对特定位进行0 1 反转。

例如： 1100 1100 ^ 0000 1100 = 1100 0000。


异或运算	1 1 0 0 1 1 0 0
^	0 0 0 0 1 1 0 0
结果	1 1 0 0 0 0 0 0

同样的，如果对一个数进行^0,代表保留原值。

总结：对于原二进制数来说，^0是不变，^1是反转。

1.4 取反

对一个二进制数进行取反。1变0，0变1。

唯一需要注意的一点是，~的优先级是逻辑运算符中最高的，必须优先计算。

1.5 左移

左移与右移比较类似，是将目标二进制数字向左/右移动相应的位数。

左移补0：1111 1111 << 1 == 1111 1110，换算十进制的话是原来数值的2倍。


左移	1 1 1 1 1 1 1 1
<<	1
结果	1 1 1 1 1 1 1 0

1.6 右移

右移看情况：负数补1，正数补0。需要看符号位。同样，换算为十进制数值变为原来的1/2.


右移	1 1 1 1 1 1 1 1
>>	1
结果	0 1 1 1 1 1 1 1

总结：左乘右除。

2 单片机中常用操作

2.1 不改变其他位时，对某几个位设定值

比如要改变 GPIOA 的状态，可以先对寄存器的值进行 & 清零操作

GPIOA -> CRL &= 0XFFFFFF0F;		// 将第 4-7 位清 0

然后再与需要设置的值进行 ｜ 或运算

GPIOA -> CRL |= 0X00000040;		// 设置相应位的值，且不改变其他位的值

2.2 移位操作提高代码可读性

以固件库的 GPIO 初始化的函数里一行代码为例

GPIOx -> BSRR = (((uint32_t)0x01) << pinpos);

这个操作就是将 BSRR 寄存器的第 pinpos 位设置为 1。
为什么要通过左移而不是直接设定呢？其实，这是为了提高代码的可读性以及可重用性。这行代码可以直观明了的知道，是将第 pinpos 位设置为 1。

如果写成

GPIOx -> BSRR = 0x0030;

这样的代码就不容易看出，也不好重用了。

类似的代码还有：

GPIOA -> ORT |= 1<<5;		// PA.5 输出高，不改变其他位

这样我们一目了然，5 告诉我们是第 5 位也就是第 6 个端口，1 告诉我们是设置成了 1。

2.3 取反操作使用技巧

SR 寄存器的每一位都代表一个状态，某个时刻我们希望去设置某一位的值为 0，同时其他位都保留位 1，简单的作法是直接给寄存器设置一个值：

TIMx -> SR = 0xFFF7;

这样做法可读性交较差。

看看库函数中代码是如何使用的：

TIMx -> SR = (uint16_t)~TIM_FLAG;

而 TIM_FLAG 是通过宏定义完成的值：

#define TIM_FLAG_Update		((uint16_t)0x0001)#define TIM_FLAG_CC1		((uint16_t)0x0002)

看这个就容易明白，可以直接从宏定义重看出 TIM_FLAG_Update 就是设置的第 0 位了，可读性较强。

Ref: C语言中的逻辑运算符：按位与，按位或，按位异或，取反，左右移位
Ref: STM32 不完全手册 - 立创开源

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