3行代码为何能求得二进制数中1比特的个数

这篇博客介绍了如何使用3行代码计算二进制数中1比特的个数。核心思想是通过A与A-1进行位与运算,每次循环都将最低位的1比特清零,循环次数即为1比特的个数。通过示例代码和运行结果展示了解决方案的正确性和效率。

给定二进制数A,下面的代码求得A中1比特的个数

int get_bit1_of_binary(int A)
{
  int count_of_bit1 = 0;

  while (A) {
    A &= A - 1;
    count_of_bit1++;
  }


  return count_of_bit1;

}

分析:上面的代码的核心部分就是其中的蓝色部分的while循环部分,其主要的思想是基于如下的事实:

1. 给定二进制数A,A-1的效果是将A的所有的1比特中的最低位序的1比特及其该比特低位的所有0取反,而其高位的比特保持不变。

2. 给定二进制数A,A与其逐位取反的数B进行位与运算则结果为0,用C语言表示即:

X=A & ~A ;  //则X等于0

另外 A与其自身位与结果仍然为A,即A&A=A

如:

A=164,   其二进制形式为:10100100,该数中的最低位序的1比特位于右数的第3位,第3位置开始的所有低比特如蓝色部分所示

A-1=163,其二进制形式为:10100011,与上面的10100100相比较,其相当于将第3位置开始的所有低比特进行了位取反操作,如蓝色部分所示,其高位的比特保持不变

此时 A与A-1进行位与运算:A & A - 1相当于第3位置开始的所有低比特清零,而其高位的比特保持不变即

   10100100   (164)

   10100011  (163)

   10100000   (位与运算的结果,相当于第3位置开始的所有低比特清零,如蓝色部分所示,而其高位的比特保持不变,)

将该位与运算的结果再赋值给A,重复如上的运算,A = A & A - 1每重复一次如上的运算过程,就将当前的最低位序的1比特进行了清零处理,相当于发现了一个1比特,循环的次数就是A中的1比特的个数 ,直到A为0结束循环,即可得到A中1比特的个数。

这个方法的执行时间仅和A中1比特的个数有关。

测试程序如下:

/*
 * bit1.c
 * to determine how many '1' bit in a binary number
 * snallie
 * 2012-11-11
 *
 */

int get_bit1_of_binary(int A)
{
  int count_of_bit1 = 0;

  while (A) {
    A &= A - 1;
    count_of_bit1++;
  }

  return count_of_bit1;
}

void dump_binary(int A)
{
  int sz=sizeof(A)*8-1;
  while(sz>=0)
    {
      printf("%c",A&(1<<sz)?'1':'0');
      sz--;
    }
}

int main( int argc , char **argv)
{
  int a;
  if (argc<2)
    {
      printf("Usage: %s Integer\n",argv[0]);
      exit(1);
    }

  a=atoi(argv[1]);    
  dump_binary(a);
  printf(" %d\n", get_bit1_of_binary(a) );
}

运行结果:

C:\>bit1
Usage: c:/bit1.exe Integer

C:\>bit1 0
00000000000000000000000000000000 0

C:\>bit1 5
00000000000000000000000000000101 2

C:\>bit1 111
00000000000000000000000001101111 6

C:\>bit1 100
00000000000000000000000001100100 3

C:\>bit1 150
00000000000000000000000010010110 4

C:\>bit1 -1
11111111111111111111111111111111 32

--本文结束--









<think>嗯,用户想找用除以二的方法将十进制正整数转换为二进制数的Python代码。之前他们提到了八层宝塔的等比数列问题,现在转向进制转换,可能需要详细的步骤解释。首先,我要回忆一下十进制转二进制的“除2取余”法。这个方法是通过不断除以2,记录余数,直到商为0,然后逆序排列余数得到二进制数。用户提供的引用[1]中的代码应该就是这种方法的实现,需要检查是否正确。 引用[1]里的函数Dec2Bin使用了一个临时列表temp来存储余数,然后通过pop逆序取出生成结果字符串。看起来逻辑是对的,但可能需要处理输入为0的情况,因为循环whiledec会在dec为0时停止,导致temp为空,结果返回空字符串。用户可能没有提到这一点,但应该考虑进去。 引用[2]中的代码更通用,支持多种进制,但用户明确需要的是除以二的方法,所以引用[1]更相关。不过引用[2]中的digDict可能对处理16进制以上的情况有帮助,但这里不需要。用户的问题是如何使用除以二的方法,所以需要重点解释“除2取余,逆序排列”的步骤,并给出对应的Python代码。同时,要确保代码正确处理各种情况,比如输入为0的情况,或者输入不是正整数时的处理,但用户可能只需要正整数的情况,暂时可以忽略其他情况。另外,用户提到要参考之前的回答,之前关于等比数列的问题中,我给出了代码示例,并验证了结果。所以现在也需要类似的步骤:解释方法,给出代码,可能的话进验证。需要确保代码中的循环正确,比如当dec为0时,循环不会执,导致结果为空,这时候应该返回&#39;0&#39;。例如,当输入是0时,函数应该返回&#39;0&#39;,但当前代码可能返回空字符串。用户的问题中要的是正整数,所以可能不需要处理0,但最好在代码中考虑到这一点,或者添加注释说明。 接下来,要组织回答的结构,先讲解原理,再给出代码,然后测试示例,最后可能的相关问题。同时,引用需要正确标注,比如引用[1]中的代码,在讲解步骤时提到。 可能还需要对比两种方法,比如递归和迭代,或者解释为什么使用栈结构(列表temp)来逆序余数。但用户可能只需要基础的实现,所以保持简单明了。 最后,生成相关问题,比如如何处理其他进制、效率问题、递归实现等,这些都能帮助用户深入理解。</think>根据"除2取余,逆序排列"的经典算法,我们可以用以下步骤实现十进制到二进制的转换: 1. **初始化容器**:创建空列表存储余数 2. **循环取余**:用商不断除以2直到商为零 3. **逆序组合**:将余数按逆序排列组成二进制字符串 ```python def dec_to_bin(n): if n == 0: return &#39;0&#39; # 处理边界情况 temp = [] while n > 0: temp.append(n % 2) # 存储余数 n = n // 2 # 更新商 return &#39;&#39;.join(str(x) for x in reversed(temp)) # 逆序输出 ``` **数学证明**: 设十进制数为$N$,其二进制表示为$(b_kb_{k-1}...b_0)_2$,则: $$ N = \sum_{i=0}^k b_i \cdot 2^i $$ 通过反复除以2取余,可依次求得$b_0$到$b_k$的值[^1]。 **测试验证**: ```python print(dec_to_bin(10)) # 输出1010 print(dec_to_bin(255)) # 输出11111111 print(dec_to_bin(1)) # 输出1 ``` **进阶优化**:使用位运算可提升性能: ```python def dec_to_bin_bitwise(n): return bin(n)[2:] # 直接调用内置函数 ```
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