Introdução
Neste laboratório, você aprenderá a contar o número de bits definidos (1's) em um inteiro usando operações bit a bit na programação C. O laboratório consiste em três etapas: ler uma entrada inteira, usar operações bit a bit para contar os bits definidos e imprimir a contagem. Ao final deste laboratório, você terá uma compreensão melhor dos conceitos de teoria dos números e matemática discreta, e como aplicá-los na programação C.
O laboratório começa demonstrando como ler uma entrada inteira do usuário, que é a primeira etapa do exercício de contagem de bits. Em seguida, apresenta uma função que usa operações bit a bit para contar o número de bits definidos no inteiro fornecido. Finalmente, o programa exibe a contagem de bits definidos para o usuário.
Ler um Inteiro
Nesta etapa, você aprenderá como ler uma entrada inteira em programação C para contar bits definidos. Criaremos um programa simples que demonstra a entrada de inteiros.
Primeiro, vamos criar um arquivo de origem C para nosso programa de contagem de bits:
cd ~/project
nano bit_counter.c
Agora, adicione o seguinte código ao arquivo:
#include <stdio.h>
int main() {
int number;
// Solicita ao usuário para inserir um inteiro
printf("Digite um inteiro: ");
// Lê a entrada inteira
scanf("%d", &number);
// Exibe o número inserido
printf("Você digitou: %d\n", number);
return 0;
}
Vamos compilar e executar o programa:
gcc bit_counter.c -o bit_counter
./bit_counter
Saída de exemplo:
Digite um inteiro: 42
Você digitou: 42
Explicação do código:
#include <stdio.h>inclui a biblioteca de entrada/saída padrãoscanf("%d", &number)lê uma entrada inteira do usuárioprintf()é usado para exibir solicitações e o número inserido%dé o especificador de formato para inteiros
Este programa simples demonstra como ler uma entrada inteira, que é a primeira etapa em nosso exercício de contagem de bits definidos.
Usar Operações Bit a Bit para Contar Uns
Nesta etapa, você aprenderá a contar o número de bits definidos (1's) em um inteiro usando operações bit a bit em C.
Vamos modificar o arquivo anterior bit_counter.c para implementar a contagem de bits:
cd ~/project
nano bit_counter.c
Substitua o conteúdo anterior pelo seguinte código:
#include <stdio.h>
// Função para contar bits definidos usando a operação AND bit a bit
int countSetBits(int number) {
int count = 0;
while (number) {
// Verifica o bit menos significativo
count += number & 1;
// Desloca o número para a direita
number >>= 1;
}
return count;
}
int main() {
int number;
// Solicita ao usuário para inserir um inteiro
printf("Digite um inteiro: ");
scanf("%d", &number);
// Conta e exibe o número de bits definidos
int setBitCount = countSetBits(number);
printf("Número de bits definidos em %d: %d\n", number, setBitCount);
return 0;
}
Compile e execute o programa:
gcc bit_counter.c -o bit_counter
./bit_counter
Saída de exemplo:
Digite um inteiro: 42
Número de bits definidos em 42: 3
Explicação do código:
- A função
countSetBits()usa operações bit a bit para contar bits definidos number & 1verifica o bit menos significativo (retorna 1 se o bit estiver definido, 0 caso contrário)number >>= 1desloca o número para a direita, movendo para o próximo bit- O loop continua até que todos os bits sejam verificados
Decomposição da operação bit a bit:
- 42 em binário é 101010
- Posições dos bits: 1 0 1 0 1 0
- Contagem de bits definidos: 3
Este método conta eficientemente o número de 1's em um inteiro usando passos computacionais mínimos.
Imprimir a Contagem
Nesta etapa final, vamos aprimorar nosso programa de contagem de bits para fornecer uma saída mais detalhada e demonstrar diferentes maneiras de imprimir a contagem de bits definidos.
Vamos modificar o arquivo bit_counter.c para adicionar impressão mais abrangente:
cd ~/project
nano bit_counter.c
Atualize o código com a seguinte implementação:
#include <stdio.h>
// Função para contar bits definidos usando a operação AND bit a bit
int countSetBits(int number) {
int count = 0;
while (number) {
count += number & 1;
number >>= 1;
}
return count;
}
int main() {
int number;
// Solicita ao usuário para inserir um inteiro
printf("Digite um inteiro: ");
scanf("%d", &number);
// Conta o número de bits definidos
int setBitCount = countSetBits(number);
// Imprime a contagem em múltiplos formatos
printf("Número Decimal: %d\n", number);
printf("Representação Binária: ");
// Imprime a representação binária
for (int i = 31; i >= 0; i--) {
int bit = (number >> i) & 1;
printf("%d", bit);
}
printf("\n");
// Imprime os resultados da contagem de bits definidos
printf("Número de Bits Definidos: %d\n", setBitCount);
printf("Porcentagem de Bits Definidos: %.2f%%\n",
(float)setBitCount / 32 * 100);
return 0;
}
Compile e execute o programa:
gcc bit_counter.c -o bit_counter
./bit_counter
Saída de exemplo:
Digite um inteiro: 42
Número Decimal: 42
Representação Binária: 00000000000000000000000000101010
Número de Bits Definidos: 3
Porcentagem de Bits Definidos: 9.38%
Explicação do código:
- Adicionada a impressão da representação binária
- Incluída o cálculo da porcentagem de bits definidos
- Usadas operações bit a bit para extrair bits individuais
- Saída formatada para fornecer múltiplas perspectivas sobre a contagem de bits
O programa agora oferece uma visão abrangente da composição de bits do inteiro, mostrando:
- Valor decimal
- Representação binária completa de 32 bits
- Número total de bits definidos
- Porcentagem de bits definidos
Resumo
Neste laboratório, você aprendeu inicialmente como ler uma entrada de inteiro em programação C. Isso envolveu o uso da função scanf() para capturar a entrada do usuário e a função printf() para exibir o número inserido. Em seguida, você implementou uma função chamada countSetBits() que utiliza operações bit a bit para contar o número de bits definidos (1's) no inteiro fornecido. Esta função itera pelos bits do número, verificando o bit menos significativo usando a operação AND bit a bit e, em seguida, deslocando o número para a direita para mover para o próximo bit. A contagem de bits definidos é acumulada e retornada.
