二进制运算———位运算应用(二进制加减,求整数的二进制中“1”的个数)(C语言)

本文详细介绍了位运算符的基本概念及其应用场景,包括按位与、按位或、按位异或、取反、左移和右移等操作,并通过实例展示了如何使用位运算进行数值的二进制位操作。

位运算符:

     &(按位与)、|(按位或)、^(按位异或)、~(取反)、<<(左移)、>>(右移)。

1、 & 按位与:两数对应的二进制数位相与,两数位都为1时,该结果位才为1,否则为0。

例如:3 & 5 == (0000 0011  &  0000 010== 0000 0001 == 1

 

2、 |  按位或:两数对应的二进制数位相或,两数位有一个1,该结果位就为1

例如: 3 | 5 == (0000 0011  |  0000 0101  == 0000 0111 == 7

 

3、 ^ 按位异或:两数对应的二进制数位相异或,两数位不同结果位为1,否则为0。

例如: 3 ^ 5 == (0000 0011  ^  0000 0101 == 0000 011== 6

 

4、 ~ 按位取反:运算数对应的二进制位按位求反。

例如:~ 3  ==  (~(0000 0011) == 1111 1100)== 252

 

5、<< 左移位运算:运算数对应的二进制数位全部左移若干位,高位丢弃,低位补0。

例如:10 << 1 == (0000 1010  << 1 == 0001 0100) == 20

 

6、 >> 右移位运算:运算数对应的二进制数位全部右移若干位,为整数时,高位补0,低位丢弃;为负数时,高位补0或补1取决于编译器。

例如: 10 >>1 == (0000 1010  >> 1 == 0000 0101)== 5

 

位运算的应用:(求某数的二进制有几个‘1’,二进制加减法)

#include <stdio.h>

int Many(int n)
{
	int b = n;
	int count = 0;
	while( b )  //b每次减1,b为减为0时退出
	{
		b = b & (b-1); 
		count++;
	}
	return count;
}

int Add(int a,int b)
{
	for(int i=1;i!=0;i<<=1)
	{
		if((b&i)!=0)//b当前位有数据,需要加到a
		{
			for(int j=i;j!=0;j<<=1)
			{
				if((a&j)!=0) // a当前位为1,需要置0
				{
					a &= ~j;//a ^= j;
				}
				else//将进位的0变1
				{
					a  |= j;
					break;
				}
			}
		}
	}
	return a;
}

int Sub(int a,int b)
{
	b = -b;
	for(int i=1;i!=0;i<<=1)
	{
		if((b&i)!=0)//b当前位有数据,需要加到a
		{
			for(int j=i;j!=0;j<<=1)
			{
				if((a&j)!=0) // a当前位为1,需要置0
				{
					a &= ~j;//a ^= j;
				}
				else//将进位的0变1
				{
					a  |= j;
					break;
				}
			}
		}
	}
	return a;
}

int main()
{
	printf("%d\n",Many(7));
	printf("%d\n",Many(-1));
	printf("%d\n",Add(1,-2));
	printf("%d\n",Add(1,2));
	printf("%d\n",Sub(1,2));
	printf("%d\n",Sub(2,1));
	return 0;
	
}

 

 

 

 

 

 

 

 

### C语言实现计算整数二进制表示中1个数 #### 取余法 通过不断对2取余并累加余数可以统计出二进制表示中有多少个1。每次模操作后,将原数值右移一继续上述过程直到该数值变为零。 ```c int countBitsRemainder(int num){ int cnt = 0; while (num != 0) { cnt += num % 2; // 如果当前最低1,则计数器增加 num /= 2; // 将数字向右移动一相当于去掉最后一 } return cnt; } ``` 此方法简单直观但是效率较低因为涉及到大量的除法运算[^1]。 #### 移法 利用按(&)以及无符号右移(>>)的操作来逐检测每一是否为1,并且每轮循环都将目标值减半直至其归零为止。 ```c unsigned int countSetBitsShift(unsigned int n){ unsigned int count = 0; while (n) { count += n & 1u; // 判断最右边的一是不是1 n >>= 1; // 把这个数往右移去下一次判断下一个低 } return count; } ``` 这种方法相较于前一种性能更优因为它只用了基本逻辑指令而没有复杂的算术运算。 #### 高级计算法——Brian Kernighan’s Algorithm 对于非负整数x来说,`x&(x−1)`会使得x中最右侧的那个'1'变成'0',因此可以通过重复执行这一操作直到整个数变为全0从而得知其中含有几个1. ```c int bitCountBKAlg(unsigned long x){ int bits = 0; while(x!=0){ ++bits; x &= (x - 1); } return bits; } ``` 这种技巧不仅简洁而且高效特别适合处理大范围内的正整数.
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