优秀程序员不得不知道的20个位运算技巧

于 2013-01-01 09:10:00 发布
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文章标签： java c/c++ 面试

优秀程序员不得不知道的20个位运算技巧

一提起位运算，人们往往想到它的高效性，无论是嵌入式编程还是优化系统的核心代码，适当的运用位运算总是一种迷人的手段，或者当您求职的时候，在代码中写入适当的位运算也会让您的程序增加一丝亮点，最初当我读《编程之美》求“1的数目”时，我才开始觉得位运算是如此之美，后来读到《Hacker's Delight》，感慨到Henry S.Warren把位运算运用的如此神出鬼没，很多程序都十分精妙，我觉得在一个普通的程序中大量运用这样的代码的人简直是疯了！但掌握简单的位运算技巧还是必要的，所以今天写这篇博文把我积累的一些位运算技巧分享给大家，这些技巧不会是如求“1的数目”的技巧，是最基本的一行位运算技巧！
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1.获得int型最大值

[cpp] view plain copy print ?
  1. intgetMaxInt(){
  2. return(1<<31)-1;//2147483647，由于优先级关系，括号不可省略
  3. }
int getMaxInt(){
        return (1 << 31) - 1;//2147483647， 由于优先级关系，括号不可省略
}

另一种写法

[cpp] view plain copy print ?
  1. intgetMaxInt(){
  2. return~(1<<31);//2147483647
  3. }
int getMaxInt(){
	return ~(1 << 31);//2147483647
}

另一种写法

[cpp] view plain copy print ?
  1. intgetMaxInt(){//有些编译器不适用
  2. return(1<<-1)-1;//2147483647
  3. }
int getMaxInt(){//有些编译器不适用
	return (1 << -1) - 1;//2147483647
}

C语言中不知道int占几个字节时候

[java] view plain copy print ?
  1. intgetMaxInt(){
  2. return((unsignedint)-1)>>1;//2147483647
  3. }
int getMaxInt(){
	return ((unsigned int) - 1) >> 1;//2147483647
}

2.获得int型最小值

[cpp] view plain copy print ?
  1. intgetMinInt(){
  2. return1<<31;//-2147483648
  3. }
int getMinInt(){
	return 1 << 31;//-2147483648
 }

另一种写法

[cpp] view plain copy print ?
  1. intgetMinInt(){//有些编译器不适用
  2. return1<<-1;//-2147483648
  3. }
int getMinInt(){//有些编译器不适用
	return 1 << -1;//-2147483648
}

3.获得long类型的最大值


C语言版

[cpp] view plain copy print ?
  1. longgetMaxLong(){
  2. return((unsignedlong)-1)>>1;//2147483647
  3. }
long getMaxLong(){
	return ((unsigned long) - 1) >> 1;//2147483647
}

JAVA版

[java] view plain copy print ?
  1. longgetMaxLong(){
  2. return((long)1<<127)-1;//9223372036854775807
  3. }
long getMaxLong(){
	return ((long)1 << 127) - 1;//9223372036854775807
}
获得long最小值，和其他类型的最大值，最小值同理.

4.乘以2运算

[cpp] view plain copy print ?
  1. intmulTwo(intn){//计算n*2
  2. returnn<<1;
  3. }
int mulTwo(int n){//计算n*2 
	return n << 1;
}

5.除以2运算

[cpp] view plain copy print ?
  1. intdivTwo(intn){//负奇数的运算不可用
  2. returnn>>1;//除以2
  3. }
int divTwo(int n){//负奇数的运算不可用
	return n >> 1;//除以2
}

6.乘以2的m次方

[cpp] view plain copy print ?
  1. intmulTwoPower(intn,intm){//计算n*(2^m)
  2. returnn<<m;
  3. }
int mulTwoPower(int n,int m){//计算n*(2^m)
	return n << m;
}

7.除以2的m次方

[cpp] view plain copy print ?
  1. intdivTwoPower(intn,intm){//计算n/(2^m)
  2. returnn>>m;
  3. }
int divTwoPower(int n,int m){//计算n/(2^m)
	return n >> m;
}

8.判断一个数的奇偶性

[java] view plain copy print ?
  1. booleanisOddNumber(intn){
  2. return(n&1)==1;
  3. }
boolean isOddNumber(int n){
	return (n & 1) == 1;
}

9.不用临时变量交换两个数（面试常考）


C语言版

[cpp] view plain copy print ?
  1. voidswap(int*a,int*b){
  2. (*a)^=(*b)^=(*a)^=(*b);
  3. }
void swap(int *a,int *b){	
	(*a) ^= (*b) ^= (*a) ^= (*b);	
}

通用版（一些语言中得分开写）

[java] view plain copy print ?
  1. a^=b;
  2. b^=a;
  3. a^=b;
a ^= b;
b ^= a;
a ^= b;

10.取绝对值（某些机器上，效率比n>0 ? n:-n 高）

[cpp] view plain copy print ?
  1. intabs(intn){
  2. return(n^(n>>31))-(n>>31);
  3. /*n>>31取得n的符号，若n为正数，n>>31等于0，若n为负数，n>>31等于-1
  4. 若n为正数n^0=0,数不变，若n为负数有n^-1需要计算n和-1的补码，然后进行异或运算，
  5. 结果n变号并且为n的绝对值减1，再减去-1就是绝对值*/
  6. }
int abs(int n){
return (n ^ (n >> 31)) - (n >> 31);
/* n>>31 取得n的符号，若n为正数，n>>31等于0，若n为负数，n>>31等于-1
若n为正数 n^0=0,数不变，若n为负数有n^-1 需要计算n和-1的补码，然后进行异或运算，
结果n变号并且为n的绝对值减1，再减去-1就是绝对值 */
}

11.取两个数的最大值（某些机器上，效率比a>b ? a:b高）


通用版

[cpp] view plain copy print ?
  1. intmax(inta,intb){
  2. returnb&((a-b)>>31)|a&(~(a-b)>>31);
  3. /*如果a>=b,(a-b)>>31为0，否则为-1*/
  4. }
int max(int a,int b){
	return b & ((a-b) >> 31) | a & (~(a-b) >> 31);
	/*如果a>=b,(a-b)>>31为0，否则为-1*/
}

C语言版

[cpp] view plain copy print ?
  1. intmax(intx,inty){
  2. returnx^((x^y)&-(x<y));
  3. /*如果x<yx<y返回1，否则返回0，
  4. 、与0做与运算结果为0，与-1做与运算结果不变*/
  5. }
int max(int x,int y){
	return x ^ ((x ^ y) & -(x < y));
	/*如果x<y x<y返回1，否则返回0，
、 与0做与运算结果为0，与-1做与运算结果不变*/
}

12.取两个数的最小值（某些机器上，效率比a>b ? b:a高）


通用版

[cpp] view plain copy print ?
  1. intmin(inta,intb){
  2. returna&((a-b)>>31)|b&(~(a-b)>>31);
  3. /*如果a>=b,(a-b)>>31为0，否则为-1*/
  4. }
int min(int a,int b){
	return a & ((a-b) >> 31) | b & (~(a-b) >> 31);
	/*如果a>=b,(a-b)>>31为0，否则为-1*/
}

C语言版

[cpp] view plain copy print ?
  1. intmin(intx,inty){
  2. returny^((x^y)&-(x<y));
  3. /*如果x<yx<y返回1，否则返回0，
  4. 与0做与运算结果为0，与-1做与运算结果不变*/
  5. }
int min(int x,int y){
	return y ^ ((x ^ y) & -(x < y));
         /*如果x<y x<y返回1，否则返回0，
            与0做与运算结果为0，与-1做与运算结果不变*/
}

13.判断符号是否相同

[java] view plain copy print ?
  1. booleanisSameSign(intx,inty){//有0的情况例外
  2. return(x^y)>=0;//true表示x和y有相同的符号，false表示x，y有相反的符号。
  3. }
boolean isSameSign(int x, int y){ //有0的情况例外
	return (x ^ y) >= 0; // true 表示 x和y有相同的符号， false表示x，y有相反的符号。
}

14.计算2的n次方

[cpp] view plain copy print ?
  1. intgetFactorialofTwo(intn){//n>0
  2. return2<<(n-1);//2的n次方
  3. }
int getFactorialofTwo(int n){//n > 0
	return 2 << (n-1);//2的n次方
}

15.判断一个数是不是2的幂

[java] view plain copy print ?
  1. booleanisFactorialofTwo(intn){
  2. returnn>0?(n&(n-1))==0:false;
  3. /*如果是2的幂，n一定是100...n-1就是1111....
  4. 所以做与运算结果为0*/
  5. }
boolean isFactorialofTwo(int n){
	return n > 0 ? (n & (n - 1)) == 0 : false;
	/*如果是2的幂，n一定是100... n-1就是1111....
	   所以做与运算结果为0*/
}

16.对2的n次方取余

[java] view plain copy print ?
  1. intquyu(intm,intn){//n为2的次方
  2. returnm&(n-1);
  3. /*如果是2的幂，n一定是100...n-1就是1111....
  4. 所以做与运算结果保留m在n范围的非0的位*/
  5. }
int quyu(int m,int n){//n为2的次方
	return m & (n - 1);
	/*如果是2的幂，n一定是100... n-1就是1111....
	 所以做与运算结果保留m在n范围的非0的位*/
}

17.求两个整数的平均值

[java] view plain copy print ?
  1. intgetAverage(intx,inty){
  2. return(x+y)>>1;
  3. ｝
int getAverage(int x, int y){
        return (x + y) >> 1;
｝

另一种写法

[java] view plain copy print ?
  1. intgetAverage(intx,inty){
  2. return((x^y)>>1)+(x&y);
  3. /*(x^y)>>1得到x，y其中一个为1的位并除以2，
  4. x&y得到x，y都为1的部分，加一起就是平均数了*/
  6. }
int getAverage(int x, int y){
        return ((x ^ y) >> 1) + (x & y); 
     /*(x^y) >> 1得到x，y其中一个为1的位并除以2，
       x&y得到x，y都为1的部分，加一起就是平均数了*/

}

下面是三个最基本对二进制位的操作

18.从低位到高位,取n的第m位

[java] view plain copy print ?
  1. intgetBit(intn,intm){
  2. return(n>>(m-1))&1;
  3. }
int getBit(int n, int m){
	return (n >> (m-1)) & 1;
}

19.从低位到高位.将n的第m位置1

[java] view plain copy print ?
  1. intsetBitToOne(intn,intm){
  2. returnn|(1<<(m-1));
  3. /*将1左移m-1位找到第m位，得到000...1...000
  4. n在和这个数做或运算*/
  5. }
int setBitToOne(int n, int m){
	return n | (1 << (m-1));
	/*将1左移m-1位找到第m位，得到000...1...000
	  n在和这个数做或运算*/
}

20.从低位到高位,将n的第m位置0

[java] view plain copy print ?
  1. intsetBitToZero(intn,intm){
  2. returnn&~(1<<(m-1));
  3. /*将1左移m-1位找到第m位，取反后变成111...0...1111
  4. n再和这个数做与运算*/
  5. }
int setBitToZero(int n, int m){
	return n & ~(1 << (m-1));
	/* 将1左移m-1位找到第m位，取反后变成111...0...1111
	   n再和这个数做与运算*/
}


另附一些对程序效率上没有实质提高的位运算技巧，一些也是位运算的常识（面试也许会遇到）

计算n+1

[cpp] view plain copy print ?
  1. -~n
-~n

计算n-1

[cpp] view plain copy print ?
  1. ~-n
~-n

取相反数

[java] view plain copy print ?
  1. ~n+1;
~n + 1;

另一种写法

[java] view plain copy print ?
  1. (n^-1)+1;
(n ^ -1) + 1;

if(x == a) x = b; if(x == b) x = a;

[cpp] view plain copy print ?
  1. x=a^b^x;
x = a ^ b ^ x;

sign函数，参数为n，当n>0时候返回1，n<0时返回-1，n=0时返回0

[cpp] view plain copy print ?
  1. return!!n-(((unsigned)n>>31)<<1);
return !!n - (((unsigned)n >> 31) << 1);


如果您知道实用的一行位运算技巧请留言，博主不胜感激，还有我总结的位运算难免有不健壮之处，请您多多批评。

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作者：nash_ 欢迎转载，与人分享是进步的源泉！

转载请保留原文地址：http://blog.youkuaiyun.com/nash_/article/details/8262185

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