位运算操作详解
来源:互联网 发布:北京供销大数据集团 编辑:程序博客网 时间:2024/05/29 19:04
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在计算机中所有数据都是以二进制的形式储存的。位运算其实就是直接对在内存中的二进制数据进行操作,因此处理数据的速度非常快。
在实际编程中,如果能巧妙运用位操作,完全可以达到四两拨千斤的效果,正因为位操作的这些优点,所以位操作在各大IT公司的笔试面试中一直是个热点问题。
位运算的基础操作
基本的位操作符有与、或、异或、取反、左移、右移这6种,它们的运算规则如下所示:
注意以下几点:
- 在这6种操作符,只有~取反是单目操作符,其它5种都是双目操作符。
- 位操作只能用于整形数据,对float和double类型进行位操作会被编译器报错。
- 位操作符的运算优先级比较低,因为尽量使用括号来确保运算顺序,否则很可能会得到莫明其妙的结果。比如要得到像1,3,5,9这些2^i+1的数字。写成
int a = 1 << i + 1;
是不对的,程序会先执行i + 1,再执行左移操作。应该写成int a = (1 << i) + 1;
- 另外位操作还有一些复合操作符,如
&=、|=、 ^=、<<=、>>=
。
位运算的小技巧
下面对位操作的一些常见应用作个总结,有判断奇偶、交换两数、变换符号及求绝对值。这些小技巧应用易记,应当熟练掌握。
判断奇偶
只要根据最未位是0还是1来决定,为0就是偶数,为1就是奇数。因此可以用if ((a & 1) == 0)代替if (a % 2 == 0)来判断a是不是偶数。
下面程序将输出0到100之间的所有奇数。
for (i = 0; i < 100; ++i) if (i & 1) printf("%d ", i); putchar('\n');
交换两数
一般的写法:
void Swap(int &a, int &b) { if (a != b) { int c = a; a = b; b = c; } }
可以用位操作来实现交换两数而不用第三方变量:
void Swap(int &a, int &b) { if (a != b) { a ^= b; b ^= a; a ^= b; } }
可以这样理解:
- 第一步 a^=b 即a=(a^b);
- 第二步 b^=a 即b=b^(a^b),由于^运算满足交换律,b^(a^b)=b^b^a。由于一个数和自己异或的结果为0并且任何数与0异或都会不变的,所以此时b被赋上了a的值。
- 第三步 a^=b 就是a=a^b,由于前面二步可知a=(a^b),b=a,所以a=a^b即a=(a^b)^a。故a会被赋上b的值。
再来个实例说明下以加深印象。int a = 13, b = 6;
a的二进制为 13=8+4+1=1101(二进制)
b的二进制为 6=4+2=110(二进制)
- 第一步 a^=b a = 1101 ^ 110 = 1011;
- 第二步 b^=a b = 110 ^ 1011 = 1101;即b=13
- 第三步 a^=b a = 1011 ^ 1101 = 110;即a=6
变换符号
变换符号就是正数变成负数,负数变成正数。
做法就是取反加1
int SignReversal(int a) { return ~a + 1; }
求绝对值
位操作也可以用来求绝对值,正数就直接是他本身,对于负数可以通过对其取反后加1来得到正数。
先移位来取符号位,int i = a >> 31
;要注意如果a为正数,i等于0,为负数,i等于-1。然后对i进行判断——如果i等于0,直接返回。否之,返回~a+1。完整代码如下:
int my_abs(int a) { int i = a >> 31; return i == 0 ? a : (~a + 1); }
现在再分析下。对于任何数,与0异或都会保持不变,与-1即0xFFFFFFFF异或就相当于取反。因此,a与i异或后再减i(因为i为0或-1,所以减i即是要么加0要么加1)也可以得到绝对值。所以可以对上面代码优化下:
int my_abs(int a) { int i = a >> 31; return ((a ^ i) - i); }
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