轻松上手位运算，编程技巧增倍！

见解分享

2023-09-25 08:46:26

位运算简介

位运算是一种对二进制位进行操作的运算，它可以对二进制位进行与、或、非等操作，也可以进行移位操作。位运算在计算机科学中有着广泛的应用，例如：

二进制整数的加减乘除运算
逻辑运算
位掩码
位字段

位运算基础知识

在学习位运算之前，我们需要先了解一些基础知识。

二进制 ：二进制是一种以2为基数的计数系统，它只有两个数字0和1。二进制数是计算机中存储和处理数据的基本形式。
二进制位 ：二进制位是指二进制数中的一个数字，它可以是0或1。
位运算符 ：位运算符是用于对二进制位进行操作的运算符，常见的位运算符有：
- 与运算符(&)：与运算符对两个二进制位进行与运算，结果为1当且仅当两个二进制位都为1。
- 或运算符(|)：或运算符对两个二进制位进行或运算，结果为0当且仅当两个二进制位都为0。
- 非运算符(~)：非运算符对一个二进制位进行非运算，结果为0当且仅当二进制位为1，结果为1当且仅当二进制位为0。
- 移位运算符(<<, >>)：移位运算符对一个二进制数进行移位操作，左移运算符(<<)将二进制数向左移位，右移运算符(>>)将二进制数向右移位。

位运算应用

位运算在计算机科学中有着广泛的应用，以下是一些常见的应用场景：

二进制整数的加减乘除运算 ：位运算可以用来实现二进制整数的加减乘除运算，这是计算机中执行算术运算的基础。
逻辑运算 ：位运算可以用来实现逻辑运算，例如：与运算、或运算、非运算等。逻辑运算在计算机中有着广泛的应用，例如：判断条件、控制流程等。
位掩码 ：位掩码是一种用于提取或设置二进制数中特定位的值的技巧。位掩码在计算机中有着广泛的应用，例如：数据格式转换、数据加密等。
位字段 ：位字段是一种将多个二进制位组合在一起形成一个字段的技巧。位字段在计算机中有着广泛的应用，例如：数据结构、内存管理等。

位运算实例

以下是一些位运算的实际编程示例：

二进制整数的加法运算 ：

def add_binary(a, b):
  """
  对两个二进制整数a和b进行加法运算。

  Args:
    a: 二进制整数a。
    b: 二进制整数b。

  Returns:
    二进制整数a和b的和。
  """

  # 将a和b转换为二进制字符串。
  a_bin = bin(a)[2:]
  b_bin = bin(b)[2:]

  # 将a和b的二进制字符串对齐。
  a_bin = a_bin.rjust(max(len(a_bin), len(b_bin)), '0')
  b_bin = b_bin.rjust(max(len(a_bin), len(b_bin)), '0')

  # 对a和b的二进制字符串进行逐位加法运算。
  sum_bin = ''
  carry = 0
  for i in range(len(a_bin) - 1, -1, -1):
    a_bit = int(a_bin[i])
    b_bit = int(b_bin[i])
    sum_bit = a_bit + b_bit + carry
    carry = sum_bit // 2
    sum_bin = str(sum_bit % 2) + sum_bin

  # 如果最后还有进位，则将其添加到结果中。
  if carry == 1:
    sum_bin = '1' + sum_bin

  # 将二进制字符串转换为十进制整数。
  sum_int = int(sum_bin, 2)

  return sum_int

逻辑运算 ：

def is_even(n):
  """
  判断整数n是否为偶数。

  Args:
    n: 整数n。

  Returns:
    True如果n是偶数，否则返回False。
  """

  return (n & 1) == 0

位掩码 ：

def get_bits(n, start, end):
  """
  获取整数n中从第start位到第end位(包含第start位和第end位)的二进制位。

  Args:
    n: 整数n。
    start: 起始位。
    end: 结束位。

  Returns:
    整数n中从第start位到第end位(包含第start位和第end位)的二进制位。
  """

  mask = (1 << (end - start + 1)) - 1
  return (n & mask) >> start

位字段 ：

class MyStruct:
  """
  一个自定义的结构体。
  """

  def __init__(self, a, b, c):
    """
    初始化结构体。

    Args:
      a: 字段a。
      b: 字段b。
      c: 字段c。
    """

    self.a = a
    self.b = b
    self.c = c

  def get_a(self):
    """
    获取字段a的值。

    Returns:
      字段a的值。
    """

    return self.a

  def set_a(self, value):
    """
    设置字段a的值。

    Args:
      value: 字段a的新值。
    """

    self.a = value

  def get_b(self):
    """
    获取字段b的值。

    Returns:
      字段b的值。
    """

    return self.b

  def set_b(self, value):
    """
    设置字段b的值。

    Args:
      value: 字段b的新值。
    """

    self.b = value

  def get_c(self):
    """
    获取字段c的值。

    Returns:
      字段c的值。
    """

    return self.c

  def set_c(self, value):
    """
    设置字段c的值。

    Args:
      value: 字段c的新值。
    """

    self.c = value