计算二进制整数中有多少个1 判断是否为2的n次幂

判断是否为2的n次幂

x & (x-1)== 0 ==> x是2的n次幂


计算二进制整数中有多少个1

while( x>0 )

{

num++;

x = x & (x-1)

}



<think>我们讨论如何判断一个整数是否2的幂次方。根据引用内容,有几种方法: 1. 递归方法(引用[1]):但递归可能导致栈溢出,尤其当n很大时。 2. 位运算方法(引用[2]):利用2的幂次方的二进制表示特性(只有一位是1,其余是0),即n & (n-1) == 0,且n>0。 3. 统计二进制1的个数(引用[3]):2的幂次方的二进制表示中1的个数恰好为1。 考虑到效率和安全性,位运算方法是最优的,因为它是常数时间复杂度,且不会出现递归栈溢出的问题。 因此,我们采用位运算方法: 条件1:n必须大于0(因为负数和0不是2的幂次方) 条件2:n & (n-1) == 0 注意:在C语言中,位运算符的优先级较低,所以需要括号确保运算顺序。 函数实现: 如果n>0且(n & (n-1))等于0,则返回true(1),否则返回false(0)。 但是要注意,当n=0时,n-1=-1(在补码表示中,-1二进制全为1),0 & (-1) = 0,但0不是2的幂次方,所以必须要求n>0。 另外,对于n=11二进制11-1=0,1&0=0,满足条件。 所以,我们可以写一个函数: 代码示例:</think>### C语言判断2的幂次方的三种方法 在C语言中,判断整数是否2的幂次方有三种高效方法,下面详细讲解每种方法的实现原理和代码示例: --- #### 方法一:位运算法(最优解) **原理**:2的幂次方的二进制表示中**只有11**(如$2^3=8$的二进制是`1000`),利用位运算特性: - `n & (n-1)`可消除二进制最低位的1 - 若消除后结果为0,说明原数只有11 ```c #include <stdbool.h> // 使用bool类型 bool isPowerOfTwo(int n) { // 必须满足 n>0 且 消除最低位1后为0 return n > 0 && (n & (n - 1)) == 0; } ``` **验证**: - `n=8`: `1000 & 0111 = 0000` → true - `n=7`: `0111 & 0110 = 0110 ≠ 0` → false[^2] > **优势**:时间复杂度$O(1)$,无循环无递归,效率最高 --- #### 方法二:统计二进制1的个数 **原理**:直接计算二进制1的个数,2的幂次方有且仅有11 ```c #include <stdbool.h> bool isPowerOfTwo(int n) { if(n <= 0) return false; // 排除负数与0 int count = 0; while(n) { count += n & 1; // 检测最低位是否1 n >>= 1; // 右移一位 } return count == 1; // 仅11即为2的幂 } ``` **执行过程**(以n=8为例): 1. `8的二进制1000` 2. 第一次循环:`1000 & 1 = 0` → count=0 3. 右移后:`n=0100` 4. 循环直到`n=0000`,count=1 → true[^3] --- #### 方法三:递归法(理解原理) **原理**:反复除以2,直到出现奇数时判断是否1 ```c #include <stdbool.h> bool isPowerOfTwo(int n) { if(n <= 0) return false; if(n == 1) return true; // 递归终止条件 if(n % 2 != 0) return false; // 出现奇数则非2的幂 return isPowerOfTwo(n / 2); // 递归除2 } ``` **执行过程**(以n=16为例): 1. `16 % 2 == 0` → 调用`isPowerOfTwo(8)` 2. `8 % 2 == 0` → 调用`isPowerOfTwo(4)` 3. `4 % 2 == 0` → 调用`isPowerOfTwo(2)` 4. `2 % 2 == 0` → 调用`isPowerOfTwo(1)` 5. `n==1` → 返回true[^1] > **注意**:递归深度为$\log_2n$,大数可能导致栈溢出 --- ### 三种方法对比 | 方法 | 时间复杂度 | 空间复杂度 | 适用场景 | |--------------|------------|------------|-------------------| | **位运算** | $O(1)$ | $O(1)$ | 高性能场景 | | 统计1的个数 | $O(\log n)$| $O(1)$ | 教学演示 | | 递归 | $O(\log n)$| $O(\log n)$| 理解算法原理 | **推荐**:生产环境优先使用位运算法,代码简洁且性能最优[^2]。 ```c // 完整测试代码 #include <stdio.h> #include <stdbool.h> int main() { int test_nums[] = {1, 16, 3, 4, 5, 0, -8}; for(int i=0; i<sizeof(test_nums)/sizeof(int); i++){ int n = test_nums[i]; printf("%d -> %s\n", n, isPowerOfTwo(n) ? "true" : "false"); } return 0; } /* 输出: 1 -> true 16 -> true 3 -> false 4 -> true 5 -> false 0 -> false -8 -> false */ ```
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