位運算是計算機科學中一項重要的技術，它可以對二進制數據進行快速高效的處理。通過位運算，我們可以進行移位操作、按位與、按位或、按位取反等操作，從而實現各種數據操作和轉換。

1．編程實驗：按short和unsigned short類型分別對-12345進行左移2位和右移2位操作，并輸出結果。

int main()
{short s = -12345;unsigned short us = -12345;printf("有符號整數左移2位：\n");printf("十進制結果：%d\n", s << 2);printf("十六進制結果：%X\n", s << 2);printf("無符號整數左移2位：\n");printf("十進制結果：%u\n", us << 2);printf("十六進制結果：%X\n", us << 2);printf("有符號整數右移2位：\n");printf("十進制結果：%d\n", s >> 2);printf("十六進制結果：%X\n", s >> 2);printf("無符號整數右移2位：\n");printf("十進制結果：%u\n", us >> 2);printf("十六進制結果：%X\n", us >> 2);return 0;
}

（1）無符號整數與有符號整數的移位運算的區別在于有符號整數的右移操作會進行算術移位，即保持符號位不變，從而保持數值的符號；而無符號整數的移位操作是邏輯移位，不會改變符號位。
（2）左移2位操作相當于將數值乘以4（2的2次方），右移2位操作相當于將數值除以4（2的2次方）。但需要注意，這只是一個一般的規律，在實際情況中可能會受到舍入或溢出的影響。

2．編程實驗：利用位運算實現BCD碼與十進制數之間的轉換，假設數據類型為unsigned char。

#include <stdio.h>// 將BCD碼轉換為十進制數
unsigned char bcd_to_decimal(unsigned char bcd) {unsigned char tens = (bcd >> 4) & 0x0F;  // 十位數unsigned char ones = bcd & 0x0F;         // 個位數return tens * 10 + ones;
}// 將十進制數轉換為BCD碼
unsigned char decimal_to_bcd(unsigned char decimal) {unsigned char tens = decimal / 10;       // 十位數unsigned char ones = decimal % 10;       // 個位數return (tens << 4) | ones;
}int main() {unsigned char bcd = 0x36;  // BCD碼 36 對應十進制數 36unsigned char decimal = bcd_to_decimal(bcd);printf("BCD碼 0x%02X 對應的十進制數為: %d\n", bcd, decimal);unsigned char converted_bcd = decimal_to_bcd(decimal);printf("十進制數 %d 對應的BCD碼為: 0x%02X\n", decimal, converted_bcd);return 0;
}

BCD碼（Binary-Coded Decimal）是一種將十進制數轉換為二進制編碼的方式。在BCD碼中，每個數字都用四個比特表示，其中高四位表示十位數，低四位表示個位數。例如，數字 36 的BCD碼為 0011 0110。
在將BCD碼轉換為十進制數時，只需將高四位和低四位分別轉換為十進制數，再將其相加即可得到對應的十進制數。例如，BCD碼 0011 0110 對應的十進制數為 3×10+6=36。
在將十進制數轉換為BCD碼時，可以將十進制數的十位數和個位數分別轉換為四位的二進制數，然后將其合并為一個八位的二進制數即可。例如，數字 36 可以轉換為兩個四位的二進制數 0011 和 0110，最終得到的BCD碼為 0011 0110。
因此，使用位運算實現BCD碼與十進制數之間的轉換，可以通過按位與、按位或、移位等位運算符來處理各個數字的高低四位，從而實現轉換功能。

3．編程實驗：利用位運算實現二進制數據的處理，包括按二進制輸出、將指定位取反、置0和置1等操作。

#include <stdio.h>// 按二進制輸出
void print_binary(unsigned char data) {for (int i = 7; i >= 0; i--) {unsigned char bit = (data >> i) & 1;printf("%u", bit);}printf("\n");
}// 將指定位取反
unsigned char toggle_bit(unsigned char data, int position) {unsigned char mask = 1 << position;return data ^ mask;
}// 將指定位置0
unsigned char clear_bit(unsigned char data, int position) {unsigned char mask = ~(1 << position);return data & mask;
}// 將指定位置1
unsigned char set_bit(unsigned char data, int position) {unsigned char mask = 1 << position;return data | mask;
}int main() {unsigned char data = 0b10101100;printf("原始數據: ");print_binary(data);printf("將第3位取反: ");unsigned char toggled_data = toggle_bit(data, 2);print_binary(toggled_data);printf("將第5位置0: ");unsigned char cleared_data = clear_bit(data, 4);print_binary(cleared_data);printf("將第6位置1: ");unsigned char set_data = set_bit(data, 5);print_binary(set_data);return 0;
}

1. print_binary: 該函數按照二進制形式輸出給定數據的每一位。它通過循環從最高位到最低位，逐個取出每一位的值，并使用 printf 函數輸出。
2. toggle_bit: 該函數將給定數據中指定位置的位取反。它首先創建了一個只有指定位為 1，其余位為 0 的掩碼 mask，然后通過將 data 和 mask 進行異或操作 (^)，可以將指定位置的位取反。
3. clear_bit: 該函數將給定數據中指定位置的位置為 0。它首先創建了一個只有指定位為 0，其余位為 1 的掩碼 mask，然后通過將 data 和 mask 進行按位與操作 (&)，可以將指定位置的位清零。
4. set_bit: 該函數將給定數據中指定位置的位置為 1。它首先創建了一個只有指定位為 1，其余位為 0 的掩碼 mask，然后通過將 data 和 mask 進行按位或操作 (|)，可以將指定位置的位置為 1。
   在 main 函數中，我們定義了一個初始數據 0b10101100，然后調用上述函數，演示了將第3位取反、將第5位置0和將第6位置1的操作。最后，通過調用 print_binary 函數，輸出了每個操作后的結果。

通過以上實驗，我們展示了位運算在二進制數據處理和BCD碼轉換中的應用，包括移位操作、按位與、按位或、按位取反等操作。這些位運算操作可以快速高效地處理二進制數據，有助于提高程序的性能和效率。