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位运算(参考百科)
阅读量:5832 次
发布时间:2019-06-18

本文共 2445 字,大约阅读时间需要 8 分钟。

程序中的所有数在内存中都是以二进制的形式的。说穿了,就是直接对整数在内存中的二进制位进行操作。

0表示False,1表示True,空位都当0处理

含义 Pascal语言 C语言 Java
按位与 a and b a & b a & b
a or b a | b a | b
按位 a xor b a ^ b a ^ b
按位取反 not a ~a ~a
按位左移 a shl b a << b a << b
无符号 a shr b a >> b a >> b
带符号右移     a>>> b

注意C中的逻辑运算和位号是不同的。520|1314=1834,但520||1314=1,因为逻辑运算时520和1314都相当于True。同样的,!a和~a也是有区别的。

运算说明

=== 1. and运算 ===

and运算通常用于二进制取,例如一个数 and 1的结果就是取的最末位。这可以用来判断一个整数的奇偶,二进制的最末位为0表示该数为,最末位为1表示该数为奇数。

相同位的两个数字都为1,则为1;若有一个不为1,则为0。

00101

11100

(&;或者and)

----------------

00100

=== 2. or运算 ===

or运算通常用于二进制特定位上的无条件,例如一个数or 1的结果就是把二进制最末位强行变成1。如果需要把二进制最末位变成0,对这个数or 1之后再减一就可以了,其实际意义就是把这个数强行变成最接近的偶数。

相同位只要一个为1即为1。

00101

11100

(|或者or)

----------------

11101

=== 3. xor运算 ===

异或的符号是⊕。按位异或运算, 对等长二进制模式按位或二进制数的每一位执行逻辑按位异或操作. 操作的结果是如果某位不同则该位为1, 否则该位为0.

xor运算的逆运算是它本身,也就是说两次异或同一个数最后结果不变,即(a xor b) xor b = a。xor运算可以用于简单的加密,比如我想对我MM说1314520,但怕别人知道,于是双方约定拿我的生日19880516作为。1314520 xor 19880516 = 20665500,我就把20665500告诉MM。MM再次计算20665500 xor 19880516的值,得到1314520,于是她就明白了我的企图。

相同位不同则为1,相同则为0。

00101

11100

(^或者xor)

----------------

11001

运算结果

x <- x # y

y <- x @ y

x <- x @ y

执行了第一句后x变成了x # y。那么第二句实质就是y <- x # y @ y,由于#和@互为逆运算,那么此时的y变成了原来的x。第三句中x实际上被赋值为(x # y) @ x,如果#运算具有交换律,那么赋值后x就变成最初的y了。这三句话的结果是,x和y的位置互换了。

加法和减法互为逆运算,并且加法满足交换律。把#换成+,把@换成-,我们可以写出一个不需要临时变量的swap过程(Pascal)。

procedure swap(var a,b:longint);

begin

a:=a + b;

b:=a - b;

a:=a - b;

end;

好了,刚才不是说xor的逆运算是它本身吗?于是我们就有了一个看起来非常诡异的swap过程:

procedure swap(var a,b:longint);

begin

a:=a xor b;

b:=a xor b;

a:=a xor b;

end;

注意:位运算版本的交换两数不适用于一个数的自我交换。也就是说,如果上述程序的"b"改成"a"的话,其结果是变量a变成零。因此,在使用快速排序时,由于涉及到一个数的自我交换,因此如果要在其中使用位运算版的交换两数的话,应该先判断。具体的时间损耗在此略过。

=== 4. not运算 ===

not运算的定义是把内存中的0和1全部取反。使用not运算时要格外小心,你需要注意整数类型有没有符号。如果not的对象是(不能表示负数),那么得到的值就是它与该类型的差,因为无符号类型的数是用00到$FFFF依次表示的。下面的两个程序(仅语言不同)均返回65435。

var

a:word;

begin

a:=100;

a:=not a;

writeln(a);

end.

如果not的对象是有符号的整数,情况就不一样了,稍后我们会在"整数类型的储存"小节中提到。

=== 5. shl运算 ===

a shl b就表示把a转为二进制后左移b位(在后面添b个0)。例如100的二进制为1100100,而110010000转成十进制是400,那么100 shl 2 = 400。可以看出,a shl b的值实际上就是a乘以2的b次方,因为在二进制数后添一个0就相当于该数乘以2。

通常认为a shl 1比a * 2更快,因为前者是更底层一些的操作。因此程序中乘以2的操作请尽量用左移一位来代替。

定义一些常量可能会用到shl运算。你可以方便地用1 shl 16 - 1来表示65535。很多算法和数据结构要求数据规模必须是2的幂,此时可以用shl来定义Max_N等常量。

=== 6. shr运算 ===

和shl相似,a shr b表示二进制右移b位(去掉末b位),相当于a除以2的b次方(取整)。我们也经常用shr 1来代替div 2,比如、堆的插入操作等等。想办法用shr代替除法运算可以使程序效率大大提高。最大公约数的二进制算法用除以2操作来代替慢得出奇的mod运算,效率可以提高60%。

优先级

C语言中位运算符之间,按优先级顺序排列为

1

~

2

<<、>>

3

&

4

^

5

|

6

&=、^=、|=、<<=、>>=

 

转载于:https://www.cnblogs.com/LUA123/p/4833463.html

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