1 位操作
位操作与位带操作并不相同。位操作针对的是变量的每一位进行运算，而逻辑位操作则是对整个变量进行运算。在嵌入式开发，特别是像 STM32 这样的单片机编程中，位操作是直接操作硬件寄存器的必备技能。
以下是六种常用的位操作运算符：
按位取反
void test01()
{
int num = 7;
printf("~num = %d\n", ~num); //-8
// 0111 按位取反 1000 机器中存放的都是补码
//补码转换原码需要分有符号数和无符号数两种
}
按位与
void test02()
{
int num = 128;
//换算为八位，1换算就是00000001， 这样只要所给数字的二进制最后一位是1.那么就是奇数，否则就是偶数
if ( (num & 1) == 0)
{
printf("num为偶数\n");
}
else
{
printf("num为奇数\n");
}
}
按位异或
void test03()
{
//按位异或的意思是，两个数字相同为0，不同为1。我们可以利用按位异或实现两个数的交换
num01 = 1; // 0001
num02 = 4; // 0100
printf("num01 ^ num02 = %d", num01 ^ num02); // 5 两个二进制按位异或之后是: 0101
printf("交换前\n");
printf("num01 = %d\n", num1);
printf("num02 = %d\n", num2);
num01 = num01 ^ num02;
num02 = num01 ^ num02;
num01 = num01 ^ num02;
//不用临时数字实现两个变量交换
printf("交换后\n");
printf("num01 = %d\n", num1);
printf("num02 = %d\n", num2);
}
按位或
计算方法：
参加运算的两个数，换算为二进制（0、1）后，进行或运算。只要相应位上有一个为1时就取1，全为0时才取0。
printf 是格式化输出函数，可以直接打印十进制、八进制、十六进制，对应的输出控制符分别为 %d， %o， %x。但标准库没有提供二进制的直接输出方式。如果需要输出二进制，可以手动转换，也可以调用 stdlib.h 里的 itoa 函数。虽然 itoa 不是标准库函数，但大多数编译器都支持它。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
test04();
}
int test04()
{
int a = 6; //二进制0110
int b = 3; //二进制0011
int c = a | b; //a、b按位或，结果7，二进制111，赋值给c
char s[10];
itoa(c, s, 2);
printf("二进制 --> %s\n", s); //输出：二进制 -->111
}
左移运算符
void test05()
{
int num = 6;
printf("%d\n", num << 3); //左移三位，就是48 (0011 0000)
}
右移运算符
void test06()
{
int num = 6; //0110
printf("%d\n", num >> 1); //右移一位，就是0011，输出3
}
以上是用普通C代码举的例子。下面我们来看一下在STM32实际开发中，位操作通常如何使用：
（1）改变寄存器特定位的状态。例如要操作 GPIOA->BSRRL 寄存器，通常先对目标位进行 & 清零操作。
GPIOA->BSRRL &= 0xFF0F; //将第4位到第7位清零（注意编号是从0开始的）
然后再与需要设置的值进行 | 或运算：
GPIOA->BSRRL |= 0x0040; //将第4位到第7位设置为我们需要的数字
（2）通过位移操作提高代码的可读性：
GPIOx->ODR = (((uint32_t)0x01) << pinpos);
这行代码的意思是，先将 0x01 转换为三十二位二进制数，然后左移 pinpos 位。pinpos 是一个变量，其值就是需要设置的引脚位。最终效果是将 ODR 寄存器的第 pinpos 位设置为1。
（3）使用取反操作设置寄存器：
状态寄存器（SR）的每一位代表一个状态。如果某个时刻我们想将某一位设为0，同时保证其他位都为1，最简单的做法是直接给寄存器赋一个值：
TIMx->SR=0xFFF7;
这种写法虽然将第3位设为了0，但可读性很差。我们看看ST官方库函数里是怎么做的：
TIMx->SR = (uint16_t)~TIM_FLAG;
而 TIM_FLAG 是通过宏定义定义的值：
#define TIM_FLAG_Update ((uint16_t)0x0001)
#define TIM_FLAG_CC1 ((uint16_t)0x0002)
2 define宏定义
define 是C语言中的预处理命令，用于宏定义。它可以提高源代码的可读性，并为编程提供便利。在STM32的库文件和工程配置中，宏定义被大量使用。
常见的格式：
#define 标识符 字符串
“标识符”即所定义的宏名，“字符串”可以是常数、表达式或格式串等。例如，在STM32的时钟配置中常见：
#define PLL_Q 7 //注意，这个定义语句的最后不需要加分号
3 ifdef条件编译
在嵌入式程序开发，尤其是跨平台或多配置项目中，条件编译 #ifdef 非常常用。
#ifdef PLL_Q
程序段1
#else
程序段2
#endif
这段代码的作用是：如果标识符 PLL_Q 已经被定义过，则编译“程序段1”；否则，编译“程序段2”。当然，和普通的 if-else 语句一样，#else 分支也可以省略。
#ifndef 的含义则正好相反：
#ifndef PLL_Q //意思就是如果没有定义这个标识符
4 extern变量声明
C语言中，extern 可以放在变量或函数前，表示该变量或函数的定义在别的文件中，提示编译器遇到此变量或函数时到其他模块中寻找其定义。注意，一个变量只能定义一次，但可以被 extern 声明多次。
使用例子如下：
extern u16 USART_RX_STA;
这行代码声明了变量 USART_RX_STA 在其他文件中已经定义。这里的 u16 是 uint16_t 的类型别名，表示16位的无符号整数。
5 结构体
结构体是C语言中组织相关变量的强大工具，在STM32的HAL库和寄存器映射中广泛应用。定义一个 结构体 的一般形式为：
struct 结构名
{
成员列表
};
成员列表由若干个成员组成，每个成员都是该结构的一个组成部分。对每个成员也必须作类型说明，形式如下：
类型说明符 成员名； //比如：int num;
结合上面的说明，我们可以构建一个简单的结构体例子：
struct sutdent
{
int num;
char name[20]; //20个字节长的字符
char sex;
int age;
float score;
char addr[30]; //30个字节长的字符
};
定义结构体变量有两种方式：在定义结构体的同时定义，或者先定义结构体类型再另外定义变量。
struct sutdent
{
int num;
char name[20]; //20个字节长的字符
char sex;
int age;
float score;
char addr[30]; //30个字节长的字符
}student01,student02; //变量名表列（如果已有结构体变量名，那么我们可以不写结构体名称）
有时我们可能需要用到结构体的嵌套：
struct date
{
int year, month,day;
};
struct sutdent
{
int num;
char name[20]; //20个字节长的字符
char sex;
struct date birthday; //这里就用到了结构体的嵌套
int age;
float score;
char addr[30]; //30个字节长的字符
}student01,student02; //变量名表列（如果已有结构体变量名，那么我们可以不写结构体名称）
如果需要引用结构体里面的成员，使用点操作符 .：
student01.name = 小李;
// 结构体变量名.成员名（注意这里用的是点），这里是对这个成员的赋值
结构体指针
结构体指针变量说明的一般形式为：
struct 结构名 *结构指针变量名
假如我们想定义一个指向结构体 student 的指针变量 pstu：
struct student *pstu;
如果要给一个结构体指针变量赋初值，应使用结构体变量的地址：
struct student
{
char name[66];
int num;
char sex;
}stu;
pstu = &stu;
重要提示：赋值时必须使用结构体变量（如 &stu），而不能使用结构体名（如 &student）。因为结构名只是一种类型形式，编译器不会为其分配内存空间（即没有地址）；而结构体变量是实体，编译器会为其分配内存。
访问结构体成员有两种等价形式：
(*pstu).name; //(1)(*结构指针变量).成员名;
pstu->name; //(2)结构指针变量->成员名
6 typedef类型别名
typedef 用来为现有类型创建一个新的名字（类型别名），以简化变量的定义。例如前面 extern 声明中的 u16，就是对 uint16_t 的简化。在STM32开发中，typedef 最常用于定义结构体和枚举的类型别名。
假设我们定义了一个结构体 _GPIO：
struct _GPIO
{
__IO uint32_t MODER;
__IO uint32_t OTYPER;
...
};
如果要用它来定义一个结构体变量 GPIOA，代码是这样的：
struct _GPIO GPIOA;
虽然可行，但每次都要写 struct _GPIO 比较繁琐。使用 typedef 可以大大简化：
typedef struct
{
__IO uint32_t MODER;
__IO uint32_t OTYPER;
...
} GPIO_TypeDef;
定义完成后，我们可以像使用基本类型一样使用这个别名来定义变量：
GPIO_TypeDef _GPIOA, _GPIOB;
这正是ST标准库中采用的方式。通过 typedef，代码变得更加简洁清晰，这也是阅读和理解STM32 HAL库或标准外设库代码的基础。
掌握这些C语言核心知识，尤其是位操作、指针 与结构体的运用，是进行高效、可靠STM32嵌入式开发的基石。在实践中多思考、多练习，你就能更得心应手地操控硬件寄存器，写出更优雅的嵌入式代码。如果你对这些底层知识有更多的兴趣或疑问，欢迎来 云栈社区 与更多开发者一起交流探讨。
发表于 2026-2-15 06:23:55
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