Mdr-C-Tutorial

19.8 位操作 ​

1. 位操作函数 ​

<stdbit.h> 是 C23 引入的头文件，提供一组面向无符号整数类型的位操作工具。

注意

  1. 这些接口要求实现支持 C23；老版本编译器可能不存在该头文件。
  2. 多数接口要求实参为无符号整数类型；把有符号整数直接传入可能会触发不符合预期的转换。

常用能力包括：

  1. 统计 1/0 的个数：stdc_count_ones / stdc_count_zeros
  2. 统计前导/尾随 0/1：stdc_leading_zeros / stdc_trailing_zeros / stdc_leading_ones / stdc_trailing_ones
  3. 位宽与取整：stdc_bit_width / stdc_bit_floor / stdc_bit_ceil
  4. 单比特判断：stdc_has_single_bit

它们还提供按类型区分的版本，例如：

  • stdc_count_ones_ui：形参类型为 unsigned int
  • stdc_count_ones_ul：形参类型为 unsigned long
  • stdc_count_ones_ull：形参类型为 unsigned long long

2. 示例：统计二进制 1 的个数 ​

c
#include <stdio.h>
#include <stdbit.h>

int main(void) {
    unsigned int x = 0xF0u; /* 11110000b */
    printf("ones = %u\n", stdc_count_ones_ui(x));
    return 0;
}

输出：

bash

ones = 4

3. 端序 ​

端序是构成多字节对象的字节的顺序。更多相关内容请参考 Wikipedia。

在 <stdbit.h> 中定义了三个宏，用来表示标量类型的端序：

  • __STDC_ENDIAN_BIG__
  • __STDC_ENDIAN_LITTLE__
  • __STDC_ENDIAN_NATIVE__
  1. 如果标量类型为小端序，则 __STDC_ENDIAN_NATIVE__ 等于 __STDC_ENDIAN_LITTLE__；
  2. 如果标量类型为大端序，则 __STDC_ENDIAN_NATIVE__ 等于 __STDC_ENDIAN_BIG__。
  3. 如果既不使用大端序，也不使用小端序，则 __STDC_ENDIAN_NATIVE__ 既不等于 __STDC_ENDIAN_BIG__，也不等于 __STDC_ENDIAN_LITTLE__。

示例：

c
#include <stdio.h>
#include <stdbit.h>

int main(void) {
    if (__STDC_ENDIAN_NATIVE__ == __STDC_ENDIAN_BIG__) {
        printf("大端序\n");
    } else if (__STDC_ENDIAN_NATIVE__ == __STDC_ENDIAN_LITTLE__) {
        printf("小端序\n");
    } else {
        printf("未知的端序\n");
    }
    return 0;
}

在常见的 x86、x86-64 和 AArch64 小端序环境中，输出为：

bash

小端序

4. 习题 ​

#11909
⚡3⏳2

写一个程序：从标准输入读入一个 unsigned int，输出它的二进制 1 的个数。

要求：

  1. 使用 <stdbit.h> 的 stdc_count_ones_ui；
  2. 输入失败时退出。
#11910
⚡4⏳2

写一个程序：从标准输入读入一个 unsigned int x 和一个非负整数 k，输出把 x 循环左移 k 位的结果。

要求：C23 的 <stdbit.h> 没有循环移位函数，请用移位和按位或运算实现。