[嵌入式 C 语言] 按位与、或、取反、异或

若协议中如下图所示： 

注意：

        长度为1，表示1个字节，也就是0xFF，也就是 1111 1111

（这里0xFF只是单纯表示一个数，也可以是其他数，这里需要注意的是1个字节的意思）

一、按位与 &

• 有0则0，全1则1
• 1010 & 0011 =  0010
• 0xef & 0xfe = 0xee （ 0x1110 1111 & 0x1111 1110 = 0x1110 1110）

1.1 配合左移运算符  <<  取指定的位

 说明：DEC表示十进制、BIN表示二进制、HEX表示十六进制

#include <stdio.h>
// (DEC)64 = （BIN）0011 0100 = (HEX)0x34

int main()
{   
    int data = 0x34;    

    // 定义位掩码
    int greenMask = 1 << 0;    // 绿灯
    int yellowMask = 1 << 1;   // 黄灯
    int redMask = 1 << 2;      // 红灯
    int buzzerMask = 1 << 3;   // 蜂鸣器
    int blueMask = 1 << 4;     // 蓝灯
    int whiteMask = 1 << 5;    // 白灯
    
    // 检查并打印状态
    if((data & greenMask) == 0) printf("绿灯灭 "); else printf("绿灯亮 ");
    if((data & yellowMask) == 0) printf("黄灯灭 "); else printf("黄灯亮 ");
    if((data & redMask) == 0) printf("红灯灭 "); else printf("红灯亮 ");
    if((data & buzzerMask) == 0) printf("蜂鸣器停 "); else printf("蜂鸣器响 ");
    if((data & blueMask) == 0) printf("蓝灯灭 "); else printf("蓝灯亮 ");
    if((data & whiteMask) == 0) printf("白灯灭\n"); else printf("白灯亮\n");

    printf("\n\n");
    printf("Green Mask Value: 0x%x\n", greenMask);
    printf("Yellow Mask Value: 0x%x\n", yellowMask);
    printf("White Mask Value: 0x%x\n", whiteMask);

    return 0;
}

输出： 
    绿灯灭 黄灯灭 红灯亮 蜂鸣器停 蓝灯亮 白灯亮
    Green Mask Value: 0x1      // 0x1 = 0001
    Yellow Mask Value: 0x2     // 0x2 = 0010
    White Mask Value: 0x20     // 0x20 = 10 0000

在C语言中，`<<` 是位左移运算符。当你有一个整数值（在这个例子中是1）并对其使用左移运算符，意味着你将该数值的二进制表示向左移动指定位数。每向左移一位，数值就相当于乘以2（因为二进制系统下，每一位代表的权重是2的幂次）。

具体到你的代码示例：

• int greenMask = 1 << 0;表示将1（二进制表示为`00000001`）向左移动0位，实际上没有移动，所以`greenMask`的值为1，对应二进制的最低位，这里是用来控制绿灯的。
• int yellowMask = 1 << 1;将1向左移动1位，得到`00000010`，即十进制的2，用作黄灯的控制位。
• int redMask = 1 << 2;向左移2位，得到`00000100`，即十进制的4，对应红灯控制位。
• int buzzerMask = 1 << 3;移动3位，得到`00001000`，即十进制的8，用于蜂鸣器。
• int blueMask = 1 << 4;移动4位，得到`00010000`，即十进制的16，对应蓝灯。
• int whiteMask = 1 << 5;移动5位，得到`00100000`，即十进制的32，控制白灯。

这样，每个掩码变量都对应了一个特定的位，可以用来单独控制或检测某个功能的状态。在后续的条件判断中，通过按位与操作(`&`)检查`data`中的特定位是否为1，以此来确定对应设备的状态（开启或关闭）。

1.2 整体按位与

#include <stdio.h>

// 0x64 = 0110 0100     0x34 =  0011 0100

int main() {
    int targetState = 0x34; // 这个掩码代表了指定的状态：白灯蓝灯亮，蜂鸣器停，红灯亮，黄绿灯灭
    int data_1 = 0x64; // 数据，假设这就是我们得到的数据
    int data_2 = 0x34;

    // 使用按位与操作来检查data是否匹配targetState

    if((data_1 & targetState) == targetState) {
        printf("状态匹配：白灯亮 蓝灯亮 蜂鸣器停 红灯亮 黄灯灭 绿灯灭\n");
    } else {
        printf("状态不匹配\n");
    }
    
    if((data_2 & targetState) == targetState) {
        printf("状态匹配：白灯亮 蓝灯亮 蜂鸣器停 红灯亮 黄灯灭 绿灯灭\n");
    } else {
        printf("状态不匹配\n");
    }
    

    return 0;
}

输出：
状态不匹配
状态匹配：白灯亮 蓝灯亮 蜂鸣器停 红灯亮 黄灯灭 绿灯灭

 1.3 清零状态

#include <stdio.h>

int main() {
    // 定义位掩码
    int greenMask = 1 << 0;    // 绿灯
    int yellowMask = 1 << 1;   // 黄灯
    int redMask = 1 << 2;      // 红灯
    int buzzerMask = 1 << 3;   // 蜂鸣器
    int blueMask = 1 << 4;     // 蓝灯
    int whiteMask = 1 << 5;    // 白灯
    
    // 假设初始状态
    int data = 0b01101000; // 二进制表示，举例：绿灯灭、黄灯灭、红灯亮、蜂鸣器停、蓝灯亮、白灯亮

    // 打印原始状态
    printf("原始状态: ");
    if((data & greenMask) == 0) printf("绿灯灭 "); else printf("绿灯亮 ");
    if((data & yellowMask) == 0) printf("黄灯灭 "); else printf("黄灯亮 ");
    if((data & redMask) == 0) printf("红灯灭 "); else printf("红灯亮 ");
    if((data & buzzerMask) == 0) printf("蜂鸣器停 "); else printf("蜂鸣器响 ");
    if((data & blueMask) == 0) printf("蓝灯灭 "); else printf("蓝灯亮 ");
    if((data & whiteMask) == 0) printf("白灯灭\n"); else printf("白灯亮\n");

    // 创建清零所有灯的掩码
    int clearLightsMask = ~(greenMask | yellowMask | redMask | blueMask | whiteMask);
    
    // 使用按位与操作清零所有灯的状态
    data &= clearLightsMask;
    
    // 打印更新后的状态
    printf("清零灯状态后: ");
    if((data & greenMask) == 0) printf("绿灯灭 "); else printf("绿灯亮 ");
    if((data & yellowMask) == 0) printf("黄灯灭 "); else printf("黄灯亮 ");
    if((data & redMask) == 0) printf("红灯灭 "); else printf("红灯亮 ");
    if((data & buzzerMask) == 0) printf("蜂鸣器停 "); else printf("蜂鸣器响 ");
    if((data & blueMask) == 0) printf("蓝灯灭 "); else printf("蓝灯亮 ");
    if((data & whiteMask) == 0) printf("白灯灭\n"); else printf("白灯亮\n");

    return 0;
}

输出：
原始状态: 绿灯灭 黄灯灭 红灯灭 蜂鸣器响 蓝灯灭 白灯亮
清零灯状态后: 绿灯灭 黄灯灭 红灯灭 蜂鸣器响 蓝灯灭 白灯灭

综合 

示例 1 ：

要求： 取一个数的高八位与低八位，并将二者的顺序替换

涉及操作：

• 取一个数中的某些值
• 将两个8位的数合并为一个16位的数

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

int main() {
	uint16_t combinedData = 0b0110011110110100; // (BIN) 0110011110110100 = (HEX) 0x67B4
	
	uint8_t highByte = combinedData >> 8;  // 取左边的八位
	uint8_t lowByte = combinedData & 0xFF; // 取右边的八位
	
	printf("Combined data in hexadecimal: 0x%x\n", combinedData);
	printf("highByte data in hexadecimal: 0x%x\n", highByte);
	printf("lowByte data in hexadecimal: 0x%x\n", lowByte);
	
	// 调换高八位与低八位顺序
    combinedData = (lowByte << 8) | highByte; // 右边的八位左移后变成16位，再与原本的左边八位取或
    
    printf("Combined data in hexadecimal: 0x%x\n", combinedData);
    
    return 0;
}

输出：
        Combined data in hexadecimal: 0x67b4
        highByte data in hexadecimal: 0x67
        lowByte data in hexadecimal: 0xb4
        Combined data in hexadecimal: 0xb467


比如是在串口接收的时候：

if(upAck->funcCode==0x03) // 表示要读寄存器时
    {
        // upAck->regAmt 为寄存器的数量，若一个寄存器为16位
        for(u16 i = 0; i < upAck->regAmt; i+=2) // 每两个字节一组进行高低字节交换
        {
            u16 lowByte = MeterAck->data[i];          // 保存低字节
            u16 highByte = MeterAck->data[i+1];       // 保存高字节
            
            // 组合成正确的16位值，此时lowByte已经是低字节，highByte是高字节
            u16 temp = (highByte << 8) | lowByte; 
            
            // 分别提取高字节和低字节到响应缓冲区
            upAck->rdata[i] = highByte;               // 高字节
            upAck->rdata[i+1] = lowByte;              // 低字节
        }
    }

示例 2 ：

要求: 检测所有器件是否全部停止

涉及操作：

• 位与操作

#include <stdio.h>

int main()
{   
    int data_0 = 0x34;     // (DEC)64 = （BIN）0011 0100 = (HEX)0x34
    int data_1 = 0x00;

    if (data_0 & 0x3F)   // 0x3F = 0011 1111
        printf("存在器件在运行\n");
    else 
        printf("所有已经停止\n");

    if (data_1 & 0x3F)   // 0x3F = 0011 1111
        printf("存在器件在运行\n");
    else 
        printf("所有已经停止\n");

    return 0;
}

输出：
        存在器件在运行
        所有已经停止