C语言位运算应用实例

C语言位运算应用实例

正在准备2019年RM比赛，遇到这样一个场景：Tx2图像采集之后要把目标位置传给stm32控制板，位置信息有x/y这一属性，准备用串口做数据传输。

传输数据范围是[0,560]且为整数，但是查了一下发现stm32的串口一次最多读8位数据，也就是[0,255]，没有办法，只能把数据拆成两个8位的来传输。

下面根据一应用实例总结C语言中位运算使用。

一、位操作规则

共有6种位操作

• 按位运算：指把参与运算的两个数据都换位二进制后，每两个对应位进行运算并得到新二进制数*
• 若把存储运算结果的变量设为unsigned类型，则所有位都是数据位；否则以补码形式换算为带符号十进制数。
• 以下都是以unsigned型为例

1、与 （&）

规则：有0为0，全1为1

1、实例：

• 3&5 = 011 & 101 = 001=1

2、常用用法：

• 对某些位清零。如要对3:0位清零，只需将数据与1111 0000 &运算即可
• 取数据中某些位。如取0110 0110中2:1位，（0110 0110 & 0000 0110>>1=11=3

2、或 （|）

规则：有1为1，全0为0

1、实例：

• 3|5 = 011 | 101 = 111=7

2、常用用法：

• 对某些位赋值。如给0111 0000的3:0位赋1111：0111 0000|0000 1111 =0111 1111

3、与或 （^）

规则：相同为0，不同为1

1、实例：

• 3^5 = 011 ^ 101 = 110 = 6

2、常用用法：

• 使特定位翻转。将要翻转的位与1异或运算，如翻转1010的1:0位：1010^0011=1001

4、取反 （~）

规则：1变0，0变1

1、实例：

• ~3 = ~011 = 100 = 4

2、常用用法：

• 使全部位翻转。

5、左移、右移（<< 、>>）

1、实例：

• 3<<2 = 011<<2 = 01100 = 12
• 3>>2 = 011>>2 = 0 = 0

2、常用用法：

• 配合&运算把取出的位移到最低。
• a<
• a>>n == a/2^n

二、位操作应用实例

要处理文章开头提出的实际问题，设计数据传输格式为：

• 每帧数据长8位，且表示正整数（unsigned char型）
• 每两帧数据拼一个真实数据，最多表示12位 ( [0,4095] )

1、编码

思路：分别取数据 5:0 和 11:6 位域，根据数据属性补充最高两位数据。实例如下：

#include  
        using namespace std; #define DATA 1200 //待编码数据 #define Low 0 //用于补齐高位信息 #define High 1 #define X_ctrl 1 #define Y_ctrl 0 unsigned char set_flag_bit(unsigned char data,int X_Y,int H_L) //填高2位 { 
       data &= 0X3F; //高2位清零 0x3F=0011 1111  if(X_Y==Y_ctrl && H_L==Low) //Y-L 00 data |= 0X00; //0x00=0000 0000 else if(X_Y==X_ctrl && H_L==Low) //X-L 10 data |= 0X80; //0x80=1000 0000 else if(X_Y==Y_ctrl && H_L==High) //Y-H 01 data |= 0X40; //0x40=0100 0000 else if(X_Y==X_ctrl && H_L==High) //X-H 11 data |= 0XC0; //0xC0=1100 0000 return data; } unsigned char Ldata,Hdata; void data_processing(int data,int X_Y) { 
       Ldata=data & 0XFF;//取低8(1-8)位 0xFF = 1111 1111  Ldata=set_flag_bit(Ldata,X_Y,Low); Hdata=(data & 0X3FC0)>>6;//取高7-14位 0xFF = 1111 1111 0000 0000 Hdata=set_flag_bit(Hdata,X_Y,High); } int main() { 
       int data = DATA; data_processing(DATA,Y_ctrl); // cout< 
      
        cout 
       << 
       ( 
       unsigned 
       int 
       )Hdata 
       << 
       " " 
       << 
       ( 
       unsigned 
       int 
       )Ldata 
       <<endl 
       ; 
       return 
       0 
       ; 
       } 
      

2、解码

思路：先取数据高二位判断属性，根据其信息拼接数据并存入x、y数据buff中。实例如下：

#include 
        using namespace std; unsigned int x_real_data_buff[10];//存储x、y数据的buff，用于滑动平均滤波 unsigned int y_real_data_buff[10]; int x_real_data_cnt=0;//buff中数据个数计数 int y_real_data_cnt=0; unsigned char data_decode(unsigned char data) { 
       unsigned int real_data; static int x_cnt=0; static int y_cnt=0; static unsigned char Hdata; static unsigned char Ldata; static unsigned char update_flag=0;//标记是否已收到高段数据（是-1，不是-0） static float x_aver=0; static float y_aver=0; unsigned char X_Y_decide; //1->X unsigned char H_L_decide; //1->H switch((data & 0xc0)>>6)//0xc0=1100 0000，这里取高2位 { 
       case 0x00: //00  X_Y_decide=0; H_L_decide=0; Ldata=(data & 0X3F);//0X3F=0011 1111，这里取出该数据帧中有效数据部分 break; case 0x01: //01 X_Y_decide=0; H_L_decide=1,update_flag=1; Hdata=(data & 0X3F); break; case 0x02: //10 X_Y_decide=1; H_L_decide=0; Ldata=(data & 0X3F); break; case 0x03: //11 X_Y_decide=1; H_L_decide=1,update_flag=1; Hdata=(data & 0X3F); break; } if(update_flag==1 && H_L_decide==0）//已收到高位，又收到低位，一个数据接收完成 { 
       update_flag=0; real_data=Hdata;//这里直接左移会溢出丢数据，所以应先给16位的real_data再左移 real_data=(real_data<<6) | Ldata; if(X_Y_decide==1) x_real_data_buff[x_real_data_cnt++]=real_data; else y_real_data_buff[y_real_data_cnt++]=real_data; } } void show_data(unsigned int *buff,int CNT) { 
       for(int i=0;i<CNT;i++) cout<<buff[i]<<" "; cout<<endl; } int main() { 
       unsigned char data_buff[]={ 
      0x52,0x30,0xd2,0xb0};//待解码数据写在这里 for(int i=0;i<sizeof(data_buff)/sizeof(data_buff[0]);i++) data_decode(data_buff[i]); cout<<"x_data:"; show_data(x_real_data_buff,x_real_data_cnt); cout<<"y_data:"; show_data(y_real_data_buff,y_real_data_cnt); return 0; } 

• 经测试，上述代码可以稳定实现自定义数据协议的编码解码工作。
• 抗传输丢包效果良好，除非恰好连续丢 “此数据低段” 和“下一数据高段” ，否则不会读取到错误信息。