位运算

    技术2025-02-08  49

    位运算学习整理

    按位与(&)按位或(|)异或(^)异或的几条性质: 左移运算符(<<)右移运算符(>>)不同长度的数据进行位运算

    按位与(&)

    两位同时位1时结果为1 如0&0 = 0,1&0 = 0,0&1 = 0,1&1 = 1

    特殊用途 (1)清零。如果想将一个单元清零,即使其全部二进制位为0,只要与一个各位都为零的数值相与,结果为零。 (2)取一个数中指定位。找一个数,对应X要取的位,该数的对应位为1,其余位为零,此数与X进行“与运算”可以得到X中的指定位。 例:设X=10101110,取X的低4位,用 X & 0000 1111 = 00001110 即可得到;

    按位或(|)

    两边有一个为1结果才为1 0|0=0; 0|1=1; 1|0=1; 1|1=1;

    “或运算”特殊作用: (1)常用来对一个数据的某些位置1。找到一个数,对应X要置1的位,该数的对应位为1,其余位为零。此数与X相或可使X中的某些位置1。 例:将X=10100000的低4位置1 ,用X | 0000 1111 = 1010 1111即可得到。

    异或(^)

    两边不同才为真 0^0=0; 0^1=1; 1^0=1; 1^1=0;

    异或运算”的特殊作用: (1)使特定位翻转找一个数,对应X要翻转的各位,该数的对应位为1,其余位为零,此数与X对应位异或即可。 例:X=10101110,使X低4位翻转,用X ^0000 1111 = 1010 0001即可得到。 (2)与0相异或,保留原值 ,X ^ 00000000 = 1010 1110。

    异或的几条性质:

    1、交换律 2、结合律(即(ab)c == a(bc)) 3、对于任何数x,都有xx=0,x0=x 4、自反性: abb=a^0=a;

    异或运算最常见于多项式除法,不过它最重要的性质还是自反性:A XOR B XOR B = A,即对给定的数A,用同样的运算因子(B)作两次异或运算后仍得到A本身。这是一个神奇的性质,利用这个性质,可以获得许多有趣的应用。 例如,所有的程序教科书都会向初学者指出,要交换两个变量的值,必须要引入一个中间变量。但如果使用异或,就可以节约一个变量的存储空间: 设有A,B两个变量,存储的值分别为a,b,则以下三行表达式将互换他们的值 表达式 (值) : a=a^b; b=b^a; a=a^b;

    应用举例1:

    1-1000放在含有1001个元素的数组中,只有唯一的一个元素值重复,其它均只出现 一次。每个数组元素只能访问一次,设计一个算法,将它找出来;不用辅助存储空 间,能否设计一个算法实现?

    解法一、显然已经有人提出了一个比较精彩的解法,将所有数加起来,减去1+2+…+1000的和。 这个算法已经足够完美了,相信出题者的标准答案也就是这个算法,唯一的问题是,如果数列过大,则可能会导致溢出。 解法二、异或就没有这个问题,并且性能更好。 将所有的数全部异或,得到的结果与1231000的结果进行异或,得到的结果就是重复数。

    左移运算符(<<)

    将一个运算对象的各二进制位全部左移若干位(左边的二进制位丢弃,右边补0)。

    例:a = a<< 2将a的二进制位左移2位,右补0, 左移1位后a = a *2; 若左移时舍弃的高位不包含1,则每左移一位,相当于该数乘以2。

    右移运算符(>>)

    将一个数的各二进制位全部右移若干位,正数左补0,负数左补1,右边丢弃。

    操作数每右移一位,相当于该数除以2。 例如:a = a>> 2 将a的二进制位右移2位, 左补0 or 补1得看被移数是正还是负。

    复合赋值运算符 位运算符与赋值运算符结合,组成新的复合赋值运算符,它们是:

    &= 例:a &=b 相当于a=a& b |= 例:a |=b 相当于a=a |b >>= 例:a >>=b 相当于a=a>> b <<= 例:a<<=b 相当于a=a<< b ^= 例:a ^= b 相当于a=a^ b

    运算规则:和前面讲的复合赋值运算符的运算规则相似。

    不同长度的数据进行位运算

    如果两个不同长度的数据进行位运算时,系统会将二者按右端对齐,然后进行位运算。

    以“与”运算为例说明如下:我们知道在C语言中long型占4个字节,int型占2个字节,如果一个long型数据与一个int型数据进行“与”运算,右端对齐后,左边不足的位依下面三种情况补足,

    (1)如果整型数据为正数,左边补16个0。 (2)如果整型数据为负数,左边补16个1。 (3)如果整形数据为无符号数,左边也补16个0。

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