C语言位运算教学

教学课题：C语言位运算-吴京华

课时安排：2课时(90分钟)

基于历年高考真题分析

参考书籍《综合知识理论下》编制
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教学目标

知识与技能

  • 理解位运算的基本概念和特点
  • 掌握C语言中六种位运算符的使用方法
  • 能够运用位运算解决实际问题
  • 理解位运算与逻辑运算的区别

教学重点：位运算的实际应用场景

教学难点：负数的位运算(补码表示)、位运算与逻辑运算的区别、位运算的优先级和结合性

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考点分析

近三年高考考点、题型、分值分布：

考点 题型 分值列表
2021年 2022年 2023年 2024年 2025年
位运算 单选题、程序分析结果题 5分 5分 5分 5分 5分

位运算在考试中占有稳定分值，掌握位运算对提高成绩至关重要！

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位运算概述

位运算是指进行二进制位的运算，这些功能通常在汇编语言中才具备，因此C语言具有低级语言的成分。

位运算直接对内存中的二进制位进行操作，效率高，适合底层开发。

// 位运算示例
int a = 5; // 二进制: 0101
int b = 3; // 二进制: 0011
int c = a & b; // 按位与: 0001 (十进制1)

位运算符中除"~"以外，均为二目运算符，要求两侧各有一个运算量。运算量只能是整型或字符型的数据，不能为实型数据。

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C语言位运算符

运算符 含义 优先级 规则
& 按位与 8
| 按位或 10
^ 按位异或 9
~ 取反 2
<< 左移 5
>> 右移 5

注意："~"取反运算符的结合方向自右至左，其他都是自左至右。

重要提示：如果参加位运算的是负数，则要以补码形式表示为二进制数，然后再进行位运算。

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"按位与"运算符(&)

"按位与"运算符是指参加运算的两个数据,按二进制位进行与运算。如果两个相应的二进制位都为1,则该位的结果值为1,否则为0。

规则：0 & 0 = 0, 0 & 1 = 0, 1 & 0 = 0, 1 & 1 = 1

练习1：下列程序的运行结果为：

#include<stdio.h>
main(){
  int a=45, b=26;
  printf("%d", a&b);
}

练习2：下列程序的运行结果为：

2019年 题22：已知“int a=1,b=2,c=3,x;”与“x=(a^b)&c;”,则x的值为？

练习3：下列程序的运行结果为：

2020年 下列程序的运行结果是？
main(){
int a[]={118,65,128};int i;
for(i=0;i<3;i++)
printf("%c",(a[i])&(a[i]-1)?'N':'Y');
}

练习4：下列程序的运行结果为：

2022年试题 下列程序的运行结果是？
main(void){
unsigned int V=7;int num=0;
while(V){V&=(V-1);num++;}
printf("num=%d",num);
return 0;
}

练习5：下列程序的运行结果为：

2025年 题21：程序段{int a=3;printf("%d",(a&3));}的执行结果是？

练习6：下列程序的运行结果为：

2023年 int main(){
int s=24,r=1;
while(s){
if(!(s& 0x01))r++;
else break;
s>>=1;}
printf("r=%d\n",r);
}
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"按位或"运算符(|)

"按位或"运算符是指参加运算的两个数据,按二进制位进行或运算。如果两个相应的二进制位有一个为1,则该位的结果值为1,否则为0。

规则：0 | 0 = 0, 0 | 1 = 1, 1 | 0 = 1, 1 | 1 = 1

"按位或"的用途：

  • 置位：将某些位置1，其他位保持不变
  • 合并数据：将多个数据合并到一个变量中
// 将低4位置1示例
int a = 0x12; // 二进制: 00010010
int b = a | 0x0F; // 结果: 00011111 (十进制31)

练习1：下列程序的运行结果为：

#include<stdio.h>
main(){
  int a=6, b=26;
  printf("%d", a|b);
}

练习2：下列程序的运行结果为：

#include<stdio.h>
main(){
  int a=6, b=16;
  printf("%d", a|b);
}
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"按位异或"运算符(^)

"按位异或"运算符是指参加运算的两个数据,按二进制位进行异或运算。如果两个相应的二进制位不同,则该位的结果值为1,否则为0。

规则：0 ^ 0 = 0, 0 ^ 1 = 1, 1 ^ 0 = 1, 1 ^ 1 = 0

"按位异或"的用途：

  • 翻转特定位：将某些位翻转(0变1,1变0)
  • 交换两个变量的值：不使用临时变量交换两个变量的值
  • 加密：简单的数据加密
// 交换两个变量的值示例
int a = 5, b = 9;
a = a ^ b;
b = a ^ b;
a = a ^ b;
// 现在a=9, b=5

2019年真题：已知"int a=1,b=2,c=3,x;"与"x=(a^b)&c;",则x的值为?

A.0 B.1 C.2 D.3

2020年真题：执行“inta=3;a+=a^2;”后，则a的值是？

A.12 B.9 C.6 D.4

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"左移"运算符(<<)

"左移"运算符用于将一个数的各二进制位全部左移若干位,高位左移后舍弃,低位补0。

规则：左移n位相当于乘以2的n次方(在不溢出的情况下)

"左移"的用途：

  • 快速乘法：左移n位相当于乘以2的n次方
  • 创建掩码：用于创建位掩码
// 左移示例
int a = 5; // 二进制: 00000101
int b = a << 2; // 结果: 00010100 (十进制20)

2021年真题：下列程序的运行结果是：

#include<stdio.h>
int main(void){
  int a=5, b=6, result=0;
  result=(a>b)?(a>>1):(b<<1);
  printf("result=%d\n", result);
  return 0;
}
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"右移"运算符(>>)

"右移"运算符用于将一个数的各二进制位全部右移若干位,低位右移后舍弃,高位补符号位(对于有符号数)或补0(对于无符号数)。

规则：右移n位相当于除以2的n次方(对于正数)

"右移"的用途：

  • 快速除法：右移n位相当于除以2的n次方(对于正数)
  • 提取高位：用于提取数据的高位部分
// 右移示例
int a = 20; // 二进制: 00010100
int b = a >> 2; // 结果: 00000101 (十进制5)

2018年真题：若"int a=5,b;",执行"b=a>>2;"后, b的值是?

A.10 B.20 C.1 D.2

2023年真题：下列程序的运行结果是？
int main(){
int s=24,r=1;
while(s)
if(!(s& 0x01))r++;
else break;
s>>=1;
printf("r=%d\n",r);
}

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"取反"运算符(~)第二节课讲

"取反"运算符是一个单目运算符,用于对一个二进制数按位取反,即将0变为1,1变为0。

规则：~0 = 1, ~1 = 0

"取反"的用途：

  • 求补码：与加法结合使用可以求一个数的补码
  • 创建掩码：用于创建位掩码
// 取反示例
unsigned char a = 5; // 二进制: 00000101
unsigned char b = ~a; // 结果: 11111010 (十进制250)

练习3：下列程序的运行结果为：

#include<stdio.h>
main(){
  int a=15;
  printf("%d", ~a);
}

答案：-16

解析：15的二进制是00001111，取反后得到11110000，在补码表示中这是-16。

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课堂小结

  • 回顾位运算的六种运算符及其规则
  • 强调位运算与逻辑运算的区别
  • 总结位运算的实际应用场景
  • 提醒注意负数的补码表示

重要提醒：

1. 位运算直接操作二进制位，效率高

2. 注意负数的补码表示形式

3. 区分位运算(&,|,^)和逻辑运算(&&,||,

4. 掌握位运算的优先级和结合性

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