Bitweise Operatoren

Bitweise Operatoren sind Operatoren die (Binär-)Zahlen Bit für Bit verarbeiten.

Operatoren

NOT

Der NOT-Operator ist ein unärer Operator, d. h. er arbeitet mit nur einem Argument. Seine Funktion ist es, einen Bit-String Bit für Bit umzudrehen (aus 1 wird 0 und aus 0 wird 1). Bsp.:

NOT ( 11011010b ) = 00100101b

C-Code: <c>int a = ~0xda; // a = 0x25</c>

ASM-Code: <asm>mov al, 11011010b not al  ; al = 00100101b</asm>

AND

Der AND-Operator veknüpft zwei Bit-Strings miteinander über ein logisches und. Das Bit im Zielstring wird genau dann gesetzt, wenn die beiden entsprechenden Bits der Quellstrings 1 sind.

Bsp.:

(11001100b AND 01100110b) = 01000100b

    11001100b
AND 01100110b
-------------
    01000100b

C-Code: <c>int a = (0xcc & 0x66); // a = 0x44</c>

ASM-Code: <asm>mov al, 11001100b and al, 01100110b  ; al = 01000100b</asm>

OR

Der OR-Operator verknüpft zwei Bit-Strings über das logische oder. Im Zielstring wird das Bit gesetzt, wenn mindestens eines der beiden Bits der Quellstrings 1 ist.

Bsp.:

(11001100b OR 01100110b) = 11101110b

    11001100b
OR  01100110b
-------------
    11101110b

C-Code: <c>int a = (0xcc | 0x66); // a = 0xee</c>

ASM-Code: <asm>mov al, 11001100b or al, 01100110b  ; al = 1110111b</asm>

XOR

Der XOR-Operator verknüpft zwei Bit-Strings über ein exklusives logisches oder. Das Bit im Zielstring wird nur dann gesetzt, wenn genau eines der beiden entsprechenden Bits in den Quellstrings 1 ist.

Bsp.:

(11001100b XOR 01100110b) = 10101010b

    11001100b
XOR 01100110b
-------------
    10101010b

C-Code: <c>int a = (0xcc ^ 0x66); // a = 0xaa</c>

ASM-Code <asm>mov al, 11001100b xor al, 01100110b  ; al = 10101010b</asm>

Anwendung

Besonders bei hardwarenaher Programmierung kann man auf die Bit-Operatoren kaum verzichten. Sie sind nötig, da in Hardware einzelnen Bits oft dazu dienen einen Zustand der Hardware wiederzuspiegeln: Sie dienen als Flags. Da Software über die CPU aber immer nur auf Bytes zugreifen kann, und so den Zustand einzelner Bits nicht überprüfen kann verwendet man die Bit-Operatoren, um z. B. irrelevante Bits zu löschen oder bestimmte Bits zu setzen ohne den Zustand der anderen Bits zu beeinflussen.

Bits-Löschen

Um bestimmte Bits in einem oder mehreren Bytes zu löschen wird eine (Bit-)Maske benötigt. Die Maske gibt an welche Bits gelöscht werden sollen. Angenommen du hast ein Byte, dessen 5. Bit unbedingt 0 sein muss, weil es für eine Hardware-Funktion steht, die du ausschalten willst. Du erstellst dir also eine Maske in der nur das 5. Bit gesetzt ist: 00100000b.

Um das Bit jetzt löschen zu können invertierst du die Maske zunächst mit NOT

NOT(00100000b) = 11011111b

und Verknüpfst dein Byte per AND mit dem Resultat

(????????b AND 11011111b) = ??0?????b

Das ganze funktioniert natürlich auch mit mehreren Bits gleichzeitig. Interessiert die z. B. nur ob diese Funktion gerade an- oder ausgeschaltet ist löschst du einfach alle anderen Bits.

(????????b AND 00100000b) = 00?00000b

Ist das Ergebnis gleich 0 dann ist es das Bit auch, ist es ungleich 0 dann ist dein Bit gesetzt.

Bits-Setzen

Wie beim Löschen eines Bits wird auch hier eine (Bit-)Maske benötigt. Allerdings gibt sie diesmal an, welches Bit gesetzt werden soll. Um z. B. die Bits 1,4,5 auf 1 zu setzen erstellt man sich als Maske: 00110010b Im Gegensatz zum Löschen wird jetzt allerdings mit einem einfachen OR verknüpft.

(????????b OR 00110010b) = ??11??1?b

Bits-Setzen-Löschen in C

<c>PORTx |= (1 << BitNummer); // Bit in PORTx setzen </c>
<c>PORTx &= ~(1 << BitNummer); // Bit in PORTx löschen</c>