用 C 語言處理常見的旗標位元運算

正如國中理化課所說，電子產品都是由滿滿『0、1』所構成，大家早就都了解這件事。但現實上，由於要求的功能愈疊愈多，低階的運算早就被眾人所忽略。無論大家如何忙著處理物件的繼承問題，又或者是因時間太多而研究『1+1=2 慢吞吞語言』，低階的運算還是依然沒有消失，反而更為重要。

位元運算不外乎就是『AND、OR、XOR...』等邏輯概念，主要目的是把『1 變 0』、『0 變 1』或有條件維持不變，在程式中比較常看到的地方，通常會在硬體驅動程式（Driver）之中。而在高階應用程式中，也往往因為要旗標條件的判斷，也會看得到其存在，如 Linux 下的檔案權限。

一個更貼切的例子，假設我們現在寫一個滑鼠驅動程式，我們要怎麼設計資料結構，讓應用程式得知用戶（User）按了哪幾個鍵？用戶可能是一次只按『一個鍵』，也可能一次按『左右兩個鍵』，更有可能按『左鍵和中間鍵』，有多種組合存在。

一般初學程式者可能會用 boolean 或 int 這樣寫：

struct _mouse_event {
        int button1;
        int button2;
        int button3;
        ...
};

但明明只是『0、1』，為何要用到 int 資料形態？除了浪費記憶體，運算上也整整慢了好幾個 CPU Clock。所以，多數程式開發者碰到此類問題，會比較偏好以位元為最小單位來寫：

enum {
        MOUSE_LEFT_BUTTON = (1 << 0),
        MOUSE_MIDDLE_BUTTON = (1 << 1),
        MOUSE_RIGHT_BUTTON = (1 << 2)
};

struct _mouse_event {
        int button;
        ...
};

當設定哪幾個鍵被按下，只要用位元運算設定旗標就可以了：

struct _mouse_event mouse;
mouse.button |= MOUSE_LEFT_BUTTON;
mouse.button |= MOUSE_LEFT_BUTTON | MOUSE_RIGHT_BUTTON;

當然，反向設定也是可以：

mouse.button &= ~(MOUSE_MIDDLE_BUTTON);
mouse.button &= ~(MOUSE_MIDDLE_BUTTON | MOUSE_RIGHT_BUTTON);

後記

以前小時候不懂事，又被很多高階 API 保護得很好，常被驅動程式中的位元運算嚇哭，其實，雖然位元運算看起來可以千變萬化，但就那幾種用法最常用而已。在此筆記之，讓大家一起哭。