C语言15-枚举、位运算
枚举
在编程的问题中，往往需要用一个变量，来保存某种“状态”，比如之前通过状态机实现语法高亮。
再比如，贪吃蛇中，需要一个变量，来保存他的前进方向。
#define DIR_UP 0
#define DIR_DOWN 1
#define DIR_LEFT 2
#define DIR_RIGHT 3
int nDirection = DIR_UP;
这样做在语法上没有问题，但是在编程逻辑过程中，可能埋下隐患，因为int表示的范围，比我们约定的方向种类，要大的多。
比如说，万一有程序员，无意中写了一下的语句进行赋值：
nDirection = 0;//语法正确，逻辑正确，表示向上
nDirection = 5;//语法正确，逻辑不正确，因为5没有被约定
C语言中，为了解决这种“在限定范围内赋值”的问题，发明了枚举变量类型。
枚举的语法
定义枚举类型：
enum ENUM_DIRECTION/*类型名*/
{
//状态范围
UP,
DOWN,
LEFT,
RIGHT
};
用枚举类型定义变量：
int main(int argc, char* argv[])
{
enum ENUM_DIRECTION eSnakedir;
eSnakedir=DOWN;
return 0;
}
枚举的原理
总之，枚举变量，其实就是在编译时会做范围检查的int类型的变量
enum ENUM_DIRECTION/*类型名*/
{
//状态范围
UP,
DOWN,
LEFT,
RIGHT
};
int main(int argc, char* argv[])
{
enum ENUM_DIRECTION eSnakedir;
eSnakedir=LEFT;
printf("%d, %d", sizeof(eSnakedir), eSnakedir);
return 0;
以上的结果是4, 2
4意味着枚举变量的大小是4字节.
经过测试知道
enum ENUM_DIRECTION/*类型名*/
{
//状态范围
UP, //0
DOWN,//1
LEFT, //2
RIGHT //3
};
我们还可以自己规定枚举对应数字的起点
enum ENUM_DIRECTION/*类型名*/
{
//状态范围
UP=2,
DOWN,
LEFT,
RIGHT
};
枚举只是编译时检查，运行时并不做检查
一下为强制通过指针来改变eSnakedir的值
*(int *)&eSnakedir=5;
位运算
语法
C语言中位运算有：
&
|
^
~
前三种是二元运算符，最后一种是一元运算符。
位运算是指按一个变量中的每一个bit进行运算，用表来总结
实际举例
#define NEGATIVE_ONE (~0)//此处用宏定义了一个-1
~（~char）0x03=0xFC
0x23 ^ 0x11 = 0x32
0x23 & 0x11 = 0x01
0x23 | 0x11 = 0x33
位运算的语法非常简单，掌握怎么运算即可。
对他应用场景的理解，比掌握语法更重要。
应用
标志约定
我们经常用到标志，比如找对象（女找男）：可能我们会对男人的属性进行归类，这些归类的属性，我们可以使用“有”或者“没有”来记录。
/* 秃头与否
抽烟与否
有车与否
有房与否
有否腹肌
近视与否
**与否
诚实与否 */
char chIsBare;
char chSmoke;
char chIsCar;
char chIsHouse;
char chIsMuscle;
char chIsGlasses;
char chIsGamble;
char chIsHoneset;
可能会使用多个变量为标志，存储这些特征：
//渣渣
chIsBare = 1;
chIsSmoke = 1;
chIsCar= 0;
chIsHouse = 0;
chIsMuscle = 0;
chIsGlasses = 1;
chIsGamble = 1;
chIsHonest = 0;
以上代码，就定义了一个“人”。但是，从存储角度看，这浪费了内存空间
因为每个标志（与否），只需要一个bit。所以8个标志，严格来说需要8个bit（一个字节）。
所以，可以从位运算的角度去改进：
即，使用一个char8个bit一个字节，来表示不同标志：
//自上往下，分别是第0~7bit位
char chIsBare;
char chSmoke;
char chIsCar;
char chIsHouse;
char chIsMuscle;
char chIsGlasses;
char chIsGamble;
char chIsHoneset;
这样，特征的二进制就变成了：
0110 0011=>0x63
以上的技巧可以说，没有技巧，只是约定。
光有约定，并不利于编程。
比如现在，我想要一个不抽烟，有钱，其他清空和0x63一样的人。
但是，有了位运算，我们就有技巧。
首先，我们可以用不同的数字，表示不同bit的有效位。
#define FLAG_ISBARE 0x01
#define FLAG_ISSOMKE 0x02
#define FLAG_ISCAR 0x04
#define FLAG_ISHOUSE 0x08
#define FLAG_ISMUSCLE 0x10
#define FLAG_ISGLASSES 0x20
#define FLAG_ISGAMBLE 0x40
#define FLAG_ISHONSET 0x80
接着，不同的位运算，就发挥了不同的功能。
|运算符的“打开”标志功能
char chOldOne = ...;
chOldOne = chOldOne | FLAG_ISBARE;
**&运算符的“关闭”标志功能
char chOldOne = ...;
chOldOne = chOldOne &(~FLAG_ISBARE);
**^运算符的“切换”标志功能
char chOldOne = ...;
chOldOne = chOldOne ^FLAG_ISCAR
/* 秃头与否
抽烟与否
有车与否
有房与否
有否腹肌
近视与否
**与否
诚实与否 */
#define FLAG_ISBARE 0x01
#define FLAG_ISSOMKE 0x02
#define FLAG_ISCAR 0x04
#define FLAG_ISHOUSE 0x08
#define FLAG_ISMUSCLE 0x10
#define FLAG_ISGLASSES 0x20
#define FLAG_ISGAMBLE 0x40
#define FLAG_ISHONSET 0x80
int main (int argc, char* argv[])
{
char chPerfectOne=0 |
(FLAG_ISCAR)
| (FLAG_ISHOUSE)
| (FLAG_ISMUSCLE)
printf("%02X", chPerfectOne);
return 0;
}
利用位运算进行无中间变量交换
普通交换：
int nValue1 = 0x1111111;
int nValue2 = 0x222222;
//交换
int nTemp = nValue1;
nValue1= nValue2;
nValue 2=temp;
使用异或，可以省掉中间变量：
int main (int argc, char* argv[])
{
int nValue1=0x1;
int nValue 2=0x2;
printf("%p, %p\r\n", nValue1, nValue2);
nValue1=nValue1^nValue2;
nValue2=nValue1^nValue2;//nValue2变成原来的nValue1;
nValue1=nValue^nValue2;
printf("%p, %p\r\n", nValue1, nValue2);
return 0;
}
通过以下算法进行类比：
nValue1 = nVaulue1 + nValue2;
nValue2 =nValue1 ‐ nValue2;
nValue1 = nValue1 ‐ nValue2 ;
异或在加密解密中的应用
什么是加密算法
加密算法与编码算法最本质的区别在于：加密算法需要“**”（key）。
异或天生适用于加密和解密：
- nValue ^ key //变为密文
- 密文^key//变为原文
void EncryptBlock(char* pData, int nLen, char* pKey, int nKeyLen)
{
for (size_t i = 0; i < nLen; i++)
{
pData[i] ^= pKey[i%nKeyLen];
}
}
int main(int argc, char* argv[])
{
char szData[] = "helloworld";
EncryptBlock(szData, strlen(szData),
"hello", strlen("hello"));
return 0;
}
非常多得加密解密算法中，使用了疑惑运算（比如AES、MDS、SHA256、CRC）