C语言基础之位运算（一）
C语言基础之位运算（二）
C语言基础之位运算（三）
1.寄存器的读写
- ARM中内存与IO是统一编址的，ARM中有很多内部外设，Soc中CPU通过这些外设的寄存器写入一些特定的值来操控这个内部外设，进而操控硬件设备动作。即读、写寄存器就是操控硬件。
- 寄存器的特点是：按位进行规划和使用，读、写是32位整体进行操作的；
- 寄存器读写的要求：在改变特定位时，不可改变和影响其他位；
- 变更寄存器中特定值的步骤：
读-改-写；
读：要变更寄存器中某些特定位，先读取寄存器中整体原来的值；
改：修改读取的整体原来值中的某些特定位；
写：将修改过特定位的整体，统一写入寄存器；
-
注意：读取一次寄存器的值是32位的，不论修改几位特定值，都必须整体读出32位的内容，在不影响其他原来位值的情况下，将目标特定位进行修改，然后统一写入寄存器；
2.寄存器的读写方式
使用C语言对寄存器赋值时，常常需要用到C语言的位操作符。常用的操作手法有以下几种：
2.1、把寄存器某位清零 &
若希望寄存器中某些特定位变成0，而不影响其他位，可以构造一个合适的二进制数和寄存器中的值进行位与&操作，实现特定位清零。
位与&运算符特点：(二进制数)与1位与无变化；与0位与变为0；
把0xaaaa aaaa的低8-15位清零。
第一步：要把0xaaaa aaaa这个十六进制数的低8到15位清零，就得让8-15位和0位与，而其他位不能发生变化；
第二步：要得到一个十六进制数，让该数的8-15位是0，其他位是1，即二进制数的0-31位是：1111 1111 1111 1111 0000 0000 1111 1111；
第三步：把这个二进制数转换为十六进制数得到0xffff 00ff；
第四步：让寄存器中的目标数（0xaaaa aaaa）和清零指定位（0xffff 00ff）进行位与，即可完成8-15位清零；//1010 1010 1010 1010 '1010 1010' 1010 1010 十六进制一位等于二进制四位
a = 0xaaaa aaaa；
//1111 1111 1111 1111 '0000 0000' 1111 1111
b = 0xffff 00ff；
c = a & b；
//1010 1010 1010 1010 '0000 0000' 1010 1010 这样8-15位就被清零了, 结果为0xaaaa 00aa
c == 0xaaaa 00aa；
2.2、对寄存器某几位赋值 ｜
寄存器位经过清零操作后，可以构造一个合适的二进制数和寄存器中的值进行位或｜操作，实现对清零位的赋值；
位或｜运算符特点：(二进制数)与1位或变为1，与0位或无变化；
把0xaaaa 00aa清零的低8-15位置1，其他位不变。
第一步：要对0xaaaa 00aa这个十六进制数的第8-15位赋值，就得让8-15位和1位或，而其他位不能发生变化；
第二步：要得到一个十六进制数，让该数的8-15位是1，其他位是0，即二进制数的0-31位是：0000 0000 0000 0000 1111 1111 0000 0000；
第三步：把这个二进制数转换为十六进制数得到0xff00；
第四步：将寄存器中的数（0xaaaa 00aa）和赋值指定位（0xff00）进行位或，即可完成8-15位置1。//1010 1010 1010 1010 '0000 0000' 1010 1010
a = 0xaaaa 00aa；
//0000 0000 0000 0000 '1111 1111' 10000 0000
b = 0xff00；
c = a | b；
//1010 1010 1010 1010 '1111 1111' 1010 1010 这样8-15位就被置1了。结果为0xaaaa ffaa
c = 0xaaaa ffaa;
2.3、对寄存器某位取反 ～或^
要对寄存器的某个位进行取反操作，即 1 变 0 ，0 变 1；
有以下两种方式：
2.3.1、按位取反 ～
位取反运算符特点:（二进制数）按位取反，1变为0，0变为1；
把0xf0取反。
第一步：将0xf0取反，首先要得到它的二进制。0xf0的二进制数是：1111 0000；
第二步：对二进制每一位进行取反，0变1, 1变0；
第三步：取反后得到0000 1111，转换成十六进制是：0xfa = 0xf0；// 1111 0000
c = ~b；
c == 0xf；//0000 1111 注意：这里的变量都占32位，这里省略了8-31位，用不到的位，编译器自动补0
2.3.2、特定位取反用 ^
位异或运算符特点：(二进制数)与1异或位取反，与0异或无变化；异或就是相异为1，相同则为0。
把0xa的0-1位取反，其他位不改变。
第一步：把0xa转换为二进制数：0xa->1010；
第二步：可以构造一个合适的二进制数和寄存器中的值进行位异或操作，实现对特定位的取反；为对二进制数1010的0-1位取反，则这里构建的对应二进制数位 ：0011；
第三步：将构建的二进制数转换成十六进制的，0011->0x3；a = 0xa；//10'10'
b = 0x3; //00'11'
c = a^b;
c == 0x9; //10'01' 这样0xa的0-1位就取反了，而其他位没有发生变化
2.4、总结：
1、十六进制一位等于二进制四位，32位平台下int数据类型占32位，寄存器也是32位的，分配的变量占32位，我们用不到的位，编译器自动补0。
2、注意位取反~和位异或^的区别。前者是给所有位取反的；后者可以完成给特定位取反。
3.位运算构建特定二进制数
对寄存器位操作，经常需要特定位给特定值或者取反；一般通过事先构建一个特别的值，将这个值和原来的值进行位与、位或、位异或、位取反等操作，来达到我们对寄存器操作的要求。构建特定位二进制数值，一般通过以下两种方式：
3.1、构建特定位为1的二进制数：左位移、位或
构建目标特定位为1的二进制数：(0xT_V << T_Low_Bit_Index)
解释：
0x：16进制的前缀；
T_V：Target_Value 根据一个低位到高位连续T_L个1构建出来的二进制数，进而转换出来的十六进制数；
T_L: Target_Length 目标特定位长度, 目标特定位的((最高位inedx - 最低位index) + 1) = T_L；
T_Low_Bit_Index：目标特定位的最低位的下标
实现步骤：
1、计算出目标特定位的个数T_L；
2、根据T_L数量，先构建最低位为T_L个连续1的二进制数；
3、将上步骤中构建的二进制数，转换成十六进制数0xT_V;
4、然后将十六进制数0xT_V，左位移T_Low_Bit_Index个位；
5、得出构建目标特定位为1的二进制数：(0xT_L << T_Low_Bit_Index)
⚠️注意：目标特定位必须是连续性的，若不连续就将目标特定位的个数分成多个部分计算并列出来，构建出多个二进制数进行位或运算；
举例：
- 构建一个bit3~bit7为1（其他位全部为0）的二进制数。
1、计算目标特定位个数：T_L = ((7 - 3) + 1) = 5；// bit3、bit4、bit5、bit6、bit7等5位
2、构建最低位为T_L个连续1的二进制数：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111；// T_L = 5；构建低位往高位连续5个1的二进制数
3、将上步骤中构建的二进制数，转换成十六进制数：T_V = 0x1f; // 0x1f代表11111，在16进制数来看，低4个位为一个f，加上第5位1，就是0x1f
4、代入目标特定位的最低位的下标：T_Low_Bit_Index = 3；// bit3～bit7的最低位bit3
5、得出构建bit3～bit7位为1的二进制数：
(0xT_V << T_Low_Bit_Index) = (0x1f << 3) = 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1000 = 0xf8;
- 构建bit3~bit7，bit23~bit25两段目标特定位为1的二进制数。
// 第一段目标特定位为1的二进制数
1、var_num_1 = (0x1f << 3) = 0xf8 = 0000 0000 0000 0000 0000 0000 '1111 1'000;
// 第二段目标特定位为1的二进制数
2、var_num_2 = (0x7 << 23) = 0x3800000 = 0000 00'11 1'000 0000 0000 0000 0000 0000;
// 两段目标特定位为1的二进制数结合起来的二进制; 位或运算符特点：与1位或变成1，与0位或无变化；
3、result = (0x1f << 3) | (0x7 << 23) = 0x38000f8 = 0000 00'11 1'000 0000 0000 0000 '1111 1'000;
第一段目标特定位为1的二进制数
第二段目标特定位为1的二进制数
两段目标特定位为1二进制位或结果
3.2、构建特定位为0的二进制数：左位移、位或、位取反
有以下两种实现方法：
1、可以根据构造
多个特定位为1的二进制数，进行位或操作：(0xT_V << T_Low_Bit_Index) | (0xT_V << T_Low_Bit_Index)；
2、先将目标特定位为0的二进制数，取反变成构造目标特定位为1的二进制数；然后取反得到目标特定位为0的二进制数：～(0xT_V << T_Low_Bit_Index)；
举例：
- 构建一个bit3~bit7为0（其他位全部为1）的二进制数。
方法一：
目标特定位为0的二进制数：(0xT_V << T_Low_Bit_Index) | (0xT_V << T_Low_Bit_Index)=(0x7<<0) | (0xffffff<<8);// bit0-bit2，bit8-bit31两部分二进制数进行位或，得出目标特定位为0，其他位全位1
方法二：// 推荐
目标特定位为0的二进制数：～(0xT_V << T_Low_Bit_Index)=～(0x1f << 3)// 直接将特定位为1的二进制数，取反
3.3、总结
1、寄存器中二进制数位：1少0多，可通过连续多个1左移n位，构造特定位为1二进制数；
2、寄存器中二进制数位：0少1多，先构建其位反二进制，再按位取反；
3、寄存器中二进制数位：连续1（0）不止一个，则通过分段分别构建，再彼此位或即可；
