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一、位运算符：基于二进制的高效运算

位运算符针对整数的二进制位进行操作，返回结果仍为整数，是底层编程和性能优化的重要工具。

1. 位与运算符（&）

• 运算规则：相同二进制位中，只要有一个为 0 则结果为 0，否则为 1（一假则假）。
• 典型应用：
  • 奇偶判断：任何数与 1 做位与，结果为 1 则为奇数，否则为偶数。
  • 范围限定：通过掩码（如0xff）将数字限制在特定范围（0 ~ 2 的幂次方 - 1）。

  num = 294865187561251
  mask = 0xff  # 二进制11111111，限定范围0~255
  print(num & mask)  # 输出num的低8位二进制对应的十进制数
  

2. 位或运算符（|）

• 运算规则：相同二进制位中，只要有一个为 1 则结果为 1，否则为 0（一真则真）。
• 典型应用：权限合并。

  # 定义文件权限（二进制位从低位到高位代表不同权限）
  R = 4    # 读权限（0100）
  W = 2    # 写权限（0010）
  X = 1    # 可执行权限（0001）
  # 赋予读写权限
  file_perm = R | W  # 二进制0110，对应十进制6
  # 验证是否拥有写权限
  print(file_perm & W == W)  # 输出True
  

3. 异或运算符（^）

• 运算规则：相同二进制位为 0，不同为 1。
• 典型应用：
  • 加解密：通过异或运算实现简单加密，加密和解密使用同一密钥。
  • 数字交换：不借助临时变量交换两个数。
  • 找丢失数据：在成对数据中快速定位唯一缺失值（利用a^a=0和0^b=b）。

  # 加密与解密示例
  message = "呵啦哦啊额嗯"
  key = 2000
  # 加密
  encrypted = ""
  for char in message:
      encrypted += chr(ord(char) ^ key)
  print(encrypted)  # 输出加密后的乱码
  # 解密（使用相同密钥）
  decrypted = ""
  for char in encrypted:
      decrypted += chr(ord(char) ^ key)
  print(decrypted)  # 还原为原始字符串
  

4. 位非运算符（~）

• 运算规则：按位取反（0 变 1，1 变 0）。

5. 位移运算符（<<,>>）

• 左移运算符（<<）：二进制位左移，低位补 0，左移 n 位等价于乘以 2^n。
• 右移运算符（>>）：二进制位右移，正数高位补 0，负数补 1，右移 n 位等价于除以 2^n（向下取整）。
• 典型应用：快速计算倍数或半数（如a << 1等价于a*2，a >> 1等价于a//2）。

二、赋值运算符：简化变量操作

• 基础赋值：=（优先级最低，是语句而非表达式）。
• 复合赋值：+=, -=, *=, /=, //=, %=, **=, &=, ^=, |=, <<=, >>=。

三、关系运算符：数据比较的核心工具

• 包括==, !=, >, <, >=, <=，返回布尔值（True或False），常用于条件判断和循环控制。

四、逻辑运算符：组合条件表达式

• and（逻辑与）：一假即假，存在短路现象（若第一个表达式为 False，第二个不计算）。
• or（逻辑或）：一真即真，存在短路现象（若第一个表达式为 True，第二个不计算）。
• not（逻辑非）：取反，结果必为布尔值。

五、特殊运算符：海象与三元运算符

• 海象运算符（:=）：允许在表达式中赋值，提升代码简洁性（如if (n := len(list)) > 0:）。
• 三元运算符：exp1 if condition else exp2，根据条件选择执行分支，等价于简化的if-else语句。

六、实战案例：IP 地址与签到状态的位运算应用

1. IP 地址转换：将整数转换为点分十进制 IP。

   num = 2489619481
   ipv4 = num & 0xff
   ipv3 = num >> 8 & 0xff
   ipv2 = num >> 16 & 0xff
   ipv1 = num >> 24 & 0xff
   print(f"{ipv1}.{ipv2}.{ipv3}.{ipv4}")  # 输出类似"147.128.32.1"的IP
   

2. 签到状态判断：用一个整数表示 31 天的签到情况，判断某天是否签到。

总结：运算符的应用场景与优先级

• 性能优化：位运算（如位移）比乘除法更高效，适合底层算法。
• 权限系统：位或（|）和位与（&）是设计权限标志的核心。
• 条件控制：关系运算符与逻辑运算符结合，构建复杂判断逻辑。
• 代码简洁性：海象运算符和三元运算符可减少冗余代码。