位运算
位运算小结(按位与、按位或、按位异或、取反、左移、右移)
位运算不管是在Java语言,还是在C语言中,或者其他语言,都是经常会用到的,所以本文也就不固定以某种语言来举例子了,原始点就从0、1开始。位运算主要包括按位与(&)、按位或(|)、按位异或(^)、取反()、左移(<<)、右移(>>)这几种,其中除了取反()以外,其他的都是二目运算符,即要求运算符左右两侧均有一个运算量。
1、补码
在总结按位运算前,有必要先介绍下补码的知识,我们知道当将一个十进制正整数转换为二进制数的时候,只需要通过除2取余的方法即可,但是怎么将一个十进制的负整数转换为二进制数呢?其实,负数是以补码的形式表示,其转换方式,简单的一句话就是:先按正数转换,然后取反加1。
要将十进制的-10用二进制表示,先将10用二进制表示:
0000 0000 0000 1010
取反:
1111 1111 1111 0101
加1:
1111 1111 1111 0110
所以,-10的二进制表示就是:1111 1111 1111 0110
2、按位与(&)
参加运算的两个数,换算为二进制(0、1)后,进行与运算。只有当相应位上的数都是1时,该位才取1,否则该为为0。
将10与-10进行按位与(&)运算:
0000 0000 0000 1010
1111 1111 1111 0110
-----------------------
0000 0000 0000 0010
所以:10 & -10 = 0000 0000 0000 0010
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3、按位或(|)
参加运算的两个数,换算为二进制(0、1)后,进行或运算。只要相应位上存在1,那么该位就取1,均不为1,即为0。
将10与-10进行按位或(|)运算:
0000 0000 0000 1010
1111 1111 1111 0110
-----------------------
1111 1111 1111 1110
所以:10 | -10 = 1111 1111 1111 1110
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4、按位异或(^)
参加运算的两个数,换算为二进制(0、1)后,进行异或运算。只有当相应位上的数字不相同时,该为才取1,若相同,即为0。
将10与-10进行按位异或(^)运算:
0000 0000 0000 1010
1111 1111 1111 0110
-----------------------
1111 1111 1111 1100
所以:10 ^ -10 = 1111 1111 1111 1100
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可以看出,任何数与0异或,结果都是其本身。利用异或还可以实现一个很好的交换算法,用于交换两个数,算法如下:
a = a ^ b;
b = b ^ a;
a = a ^ b;
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5、取反(~)
参加运算的两个数,换算为二进制(0、1)后,进行取反运算。每个位上都取相反值,1变成0,0变成1。
对10进行取反(~)运算:
0000 0000 0000 1010
---------------------
1111 1111 1111 0101
所以:~10 = 1111 1111 1111 0101
6、左移(<<)
参加运算的两个数,换算为二进制(0、1)后,进行左移运算,用来将一个数各二进制位全部向左移动若干位。
对10左移2位(就相当于在右边加2个0):
0000 0000 0000 1010
--------------------
0000 0000 0010 1000
所以:10 << 2 = 0000 0000 0010 1000 = 40
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注意,观察可以发现,左移一位的结果就是原值乘2,左移两位的结果就是原值乘4。
7、右移(>>)
参加运算的两个数,换算为二进制(0、1)后,进行右移运算,用来将一个数各二进制位全部向右移动若干位。
对10右移2位(就相当于在左边加2个0):
0000 0000 0000 1010
--------------------
0000 0000 0000 0010
所以:10 >> 2 = 0000 0000 0000 0010 = 2
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