x&(x-1)

本文介绍了通过位操作统计整数二进制表示中1的个数的方法,并提供了一个判断整数是否为2的幂的实用函数。文章通过具体实例展示了如何使用x&(x-1)来高效地进行位操作。

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x&(x-1)的学问:

求下面函数的返回值

int func(x) 

    int countx = 0; 
    while(x) 
    { 
          countx ++; 
          x = x&(x-1); 
     } 
    return countx; 

假定x = 9999。 答案:8

思路:将x转化为2进制,看含有的1的个数 

 

求下面函数的返回值(微软) -- 统计1的个数
-------------------------------------
int func(int x)
{
    int countx = 0;
    while(x)
    {
        countx++;
        x = x&(x-1);
    }
    return countx;


假定x = 9999
10011100001111
答案: 8

思路: 将x转化为2进制,看含有的1的个数。
注: 每执行一次x = x&(x-1),会将x用二进制表示时最右边的一个1变为0,因为x-1将会将该位(x用二进制表示时最右边的一个1)变为0。




判断一个数(x)是否是2的n次方
-------------------------------------
#include <stdio.h>

int func(int x)
{
    if( (x&(x-1)) == 0 )
        return 1;
    else
        return 0;
}

int main()
{
    int x = 8;
    printf("%d\n", func(x));
}


注: 
(1) 如果一个数是
2的n次方,那么这个数用二进制表示时其最高位为1,其余位为0。

(2) == 优先级高于 &
<think>我们正在讨论位运算表达式 `x &= x - 1` 的作用。根据位运算的知识,这个操作通常用于将一个整数的二进制表示中最右边的1变为0。让我们逐步分析: 1. 考虑一个非负整数 `x` 的二进制表示。假设其最低位的1位于第 `k` 位(从右向左,从0开始计数),那么 `x` 可以表示为:`... a_{k+1} 1 0...0`(即第 `k` 位为1,其右边都是0)。 2. 那么 `x-1` 的二进制表示就会变成:`... a_{k+1} 0 1...1`(第 `k` 位变为0,其右边的所有位变为1)。 3. 现在,将 `x` 和 `x-1` 进行按位与操作(`x & (x-1)`): - 在第 `k` 位:`x` 是1,`x-1` 是0,所以结果为0。 - 在第 `k` 位右边:`x` 是0,`x-1` 是1,所以结果为0。 - 在第 `k` 位左边:`x` 和 `x-1` 的位都相同(因为减1操作没有影响到更高位),所以按位与后保持不变。 4. 因此,整个操作的结果就是将 `x` 的最右边的1变成了0,而其他位不变。 这个操作有几个常见的应用: - 计算一个整数的二进制表示中1的个数(每次循环消去一个1,直到x变为0)。 - 判断一个数是否是2的幂(因为2的幂的二进制表示中只有一个1,所以执行一次`x &= x-1`后结果为0)。 例如: - 设 `x = 12`(二进制1100): - 第一步:`x = 12 (1100)`,`x-1=11 (1011)`,`x & (x-1) = 1000 (8)`。 - 第二步:`x=8 (1000)`,`x-1=7 (0111)`,`x & (x-1)=0`。 - 所以12的二进制中有两个1- 设 `x=8 (1000)`: - 一次操作后变为0,说明8是2的幂。 根据上述分析,我们可以回答用户的问题:`x &= x - 1` 的作用是将整数 `x` 的二进制表示中最右边的1变成0。 现在,根据指令,我们需要生成相关问题: §§相关问题§§ 1. 如何计算一个整数的二进制表示中1的个数? 2. 如何判断一个整数是否是2的幂? 3. 除了 `x &= x-1`,还有哪些常用的位运算技巧?</think>### 位运算表达式 `x &= x - 1` 的作用详解 `x &= x - 1` 是一个高效的位运算操作,其核心功能是**将整数 `x` 的二进制表示中最右侧的 1 变为 0**,同时保持其他位不变。以下是逐步分析: #### 1. **操作原理** - **二进制表示**:设 `x` 的二进制为 `...a_k...a_1a_0`,其中最低位的 1 位于第 `k` 位(右侧为低位)。 - **`x-1` 的效果**: 当 `x` 减 1 时,第 `k` 位从 1 变为 0,其右侧所有位从 0 变为 1。 例如: - `x = 12`(二进制 `1100`)→ `x-1 = 11`(二进制 `1011`) - **按位与操作 `&`**: `x & (x-1)` 会保留 `k` 位左侧相同的位,而将第 `k` 位及其右侧变为 0: - `x`:`... a_{k+1} 1 0...0` - `x-1`:`... a_{k+1} 0 1...1` - 结果:`... a_{k+1} 0 0...0` 例如: `12 & 11 = 1100 & 1011 = 1000`(二进制)。 #### 2. **典型应用场景** - **统计二进制中 1 的个数**: 循环执行 `x &= x-1` 直到 `x=0`,循环次数即为 1 的个数: ```python def count_ones(x): count = 0 while x: x &= x - 1 # 每次消除一个 1 count += 1 return count ``` - 示例:`x=12 (1100)` 第 1 次:`12 & 11 = 8 (1000)` 第 2 次:`8 & 7 = 0` → 共 21- **判断 2 的幂**: 若 `x` 是 2 的幂(如 `8=1000`),则 `x & (x-1) = 0`: ```python def is_power_of_two(x): return x > 0 and (x & (x - 1)) == 0 ``` #### 3. **数学解释** - 设 `x` 的最低位 1 对应 $2^k$,则: $$ x = a \cdot 2^{k+1} + 2^k, \quad x-1 = a \cdot 2^{k+1} + (2^k - 1) $$ - 按位与结果: $$ x \ \& \ (x-1) = a \cdot 2^{k+1} $$ 相当于移除了 $2^k$ 项[^3]。 #### 4. **边界与注意事项** - **`x=0` 的情况**:操作无效果(`0 & (-1)` 仍为 0)。 - **负数处理**: 在补码表示下,操作同样有效(如 `x=-2`(二进制 `...1110`)→ `x-1=-3 (...1101)` → `x & (x-1) = ...1100`)。 ### 总结 `x &= x - 1` 通过消除最右侧的 1,广泛应用于二进制位操作,如统计 1 的个数(时间复杂度 $O(\text{1 的个数})$)或快速判断 2 的幂[^4]。 ---
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