魔域掉钱版和怀旧版、^、~、>>、
在现代计算机中,魔域掉钱版和怀旧版所有数据都以二进制形式存储,即 0 和 1 两种状态。计算机对二进制数据进行的运算(如加、减、乘、除)被称为位运算,即对二进制数的每一位进行操作的运算。
为了更好地理解位运算,举个简单的例子:假设我们有如下代码进行两个整数的加法运算:
int a = 35; int b = 47; int c = a + b;计算机会将这两个整数转换为二进制形式,然后进行加法运算:
35: 0010 0011 47: 0010 1111 ---------------- 82: 0101 0010因此,与直接使用 +、-、*、/ 运算符相比,合理运用位运算可以显著提高代码在机器上的执行效率。
2. 位运算概览 符号 描述 运算规则& 与 两个位都为1时,结果才为1
| 或 两个位都为0时,结果才为0
^ 异或 两个位相同为0,相异为1
~ 取反 0变1,1变0
<< 左移 各二进位全部左移若干位,高位丢弃,低位补0
>> 右移 各二进位全部右移若干位,高位补0或符号位补齐
3. 按位与运算符(&)
定义:对参与运算的两个数据的二进制位进行"与"运算。
运算规则:
0 & 0 = 0 0 & 1 = 0 1 & 0 = 0 1 & 1 = 1总结:只有两位同时为1时,结果才为1,否则结果为0。
例如:3 & 5 即 0000 0011 & 0000 0101 = 0000 0001,因此 3 & 5 的值为1。
注意:负数按补码形式参与按位与运算。
用途:
清零:如果想将一个单元清零,只要与一个各位都为零的数值相与,结果为零。
取一个数的指定位:例如,取数 X = 1010 1110 的低4位,只需另找一个数 Y = 0000 1111,然后 X & Y = 0000 1110 即可得到 X 的指定位。
判断奇偶:通过判断最未位是0还是1来决定奇偶,可以用 if ((a & 1) == 0) 代替 if (a % 2 == 0) 来判断 a 是否为偶数。
4. 按位或运算符(|)定义:对参与运算的两个对象的二进制位进行"或"运算。
运算规则:
0 | 0 = 0 0 | 1 = 1 1 | 0 = 1 1 | 1 = 1总结:只要有一个为1,其值为1。
例如:3 | 5 即 0000 0011 | 0000 0101 = 0000 0111,因此 3 | 5 的值为7。
注意:负数按补码形式参与按位或运算。
用途:
设置某些位为1:例如,将数 X = 1010 1110 的低4位设置为1,只需另找一个数 Y = 0000 1111,然后 X | Y = 1010 1111 即可得到。
5. 异或运算符(^)定义:对参与运算的两个数据的二进制位进行"异或"运算。
运算规则:
0 ^ 0 = 0 0 ^ 1 = 1 1 ^ 0 = 1 1 ^ 1 = 0总结:相应位相同为0,相异为1。
性质:
交换律
结合律: (a ^ b) ^ c == a ^ (b ^ c)
对于任何数 x,都有 x ^ x = 0,x ^ 0 = x
自反性:a ^ b ^ b = a ^ 0 = a
用途:
翻转指定位:例如,将数 X = 1010 1110 的低4位翻转,只需另找一个数 Y = 0000 1111,然后 X ^ Y = 1010 0001 即可得到。
与0相异或值不变:例如 1010 1110 ^ 0000 0000 = 1010 1110
交换两个数:
void Swap(int &a, int &b) { if (a != b) { a ^= b; b ^= a; a ^= b; } } 6. 取反运算符(~)定义:对参与运算的一个数据的二进制位进行"取反"运算。
运算规则:
~1 = 1111 1110 ~0 = 1111 1111即:
~1 = -2 ~0 = -1总结:将 0 变 1,1 变 0。
用途:
使一个数的最低位为零:例如,使 a 的最低位为0,可以表示为:a & ~1。~1 的值为 1111 1111 1111 1110,再按"与"运算,最低位一定为0。
7. 左移运算符(<<)定义:将一个运算对象的各二进制位全部左移若干位,高位丢弃,低位补0。
例如,设 a = 1010 1110,a = a << 2 将 a 的二进制位左移2位、右补0,即得 a = 1011 1000。
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。
8. 右移运算符(>>)定义:将一个数的各二进制位全部右移若干位,高位补0或补符号位,右边丢弃。
例如,a = a >> 2 将 a 的二进制位右移2位,左补0 或补符号位,具体取决于数的正负。
操作数每右移一位,相当于该数除以2。
9. 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
运算规则与前述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,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:
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,左边不足的位按以下三种情况补足:
如果整型数据为正数,左边补16个0。
如果整型数据为负数,左边补16个1。
如果整型数据为无符号数,左边也补16个0。
例如:
long a = 123; int b = 1; long result = a & b; long a = 123; unsigned int b = 1; long result = a & b;