位运算符分析

本文深入讲解了位运算符的工作原理及应用,包括按位与、按位或、按位异或等基本运算符的使用方法,并通过实例展示了左移、右移运算符的具体效果。此外还比较了位运算与逻辑运算的区别。

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位运算符对bit位进行操作,效率最高

&按位与

|  按位或

^  按位异或

~ 取反

<<  左移------>左移操作数必须为整数类型,char和short被隐式转化为int后进行位操作

              规则:高位丢弃,低位补0

             左移n相当于乘以2的n次方,但效率比数学运算符高

>>   右移------->右操作数的范围必须为【0,31】

             规则:高位补符号位,低位丢弃

            右移相当于除以2的n次方,但效率比数学运算符高

     printf("%d\n", 3 << 2); ----->12
    printf("%d\n", 3 >> 1); ----->1
    printf("%d\n", -1 >> 1); ----->-1
    printf("%d\n", 0x01 << 2 + 3);----->32
   
    printf("%d\n", 3 << -1); // oops!------>1


位运算与逻辑运算不同:

   位运算没有短路规则,每个操作数都参与运算

   位运算的结果为整数,而不是0或1

  位运算优先级高于逻辑运算优先级(运算优先级:四则运算>位运算>逻辑运算)



例:(交换两个参数的值的三种算法)

#define SWAP1(a, b)    \
{                      \
    int t = a;         \
    a = b;             \
    b = t;             \
}

#define SWAP2(a, b)    \
{                      \
    a = a + b;         \
    b = a - b;         \
    a = a - b;         \
}

#define SWAP3(a, b)    \
{                      \
    a = a ^ b;         \
    b = a ^ b;         \
    a = a ^ b;         \
}



### 关于位运算符的记忆方法与总结 #### 一、位运算符的基础概念 位运算符是一种直接操作二进制数每一位的运算方式,在多种编程语言中都有广泛应用。它主要包括按位与(&)、按位或(|)、按位异或(^)、按位取反(~),以及左移(<<)和右移(>>)两种移动操作[^4]。 #### 二、具体功能及其特点 1. **按位与 (&)** 当两个相对应的二进制位都为 `1` 时,结果才为 `1`;否则为 `0`。此特性可用于清零某些位置上的比特值或者保留特定部分的数据。 2. **按位或 (|)** 如果任意一方对应的二进制位为 `1`,则结果就为 `1`;只有当两者均为 `0` 的时候才会得到 `0`。这种逻辑非常适合设置某一位的状态为开启状态。 3. **按位异或 (^)** 若两对应位不同,则该位输出 `1`;如果相同,则输出 `0`。这一性质常被用来实现交换变量值而无需额外空间存储临时数据。 4. **按位取反 (~)** 它会把所有的 `0` 转换成 `1` 并且反过来也将所有的 `1` 改变为 `0`。注意这里涉及到符号扩展的问题,对于负数来说可能会产生意想不到的结果。 5. **左移 (<<)** 和 **右移 (>>)** 左移相当于乘以 \(2^n\) (其中 n 是向左移动的数量),而右移则是除以 \(2^n\)。需要注意的是无符号整型采用逻辑移位模式填充右侧空出来的位全设成 `0` ,而对于有符号类型而言,默认执行算术移位保持原有最高有效位不变从而维持数值正负属性一致。 #### 三、记忆技巧汇总 为了更高效地记住上述内容并灵活运用到实践中去,可以尝试以下几个方面的方法: - 利用图表直观展示各个运算符的作用机制; - 结合实际案例分析每种情况下的变化规律; - 编写小程序验证理论推导过程是否正确; - 形象化比喻加深印象比如将“&”想象成为交集,“|”当作并集等等。 ```python # 示例代码演示各种位运算的效果 a = 60 # 即二进制形式下 '0011 1100' b = 13 # 对应二进制表示为 '0000 1101' print("a & b =", a & b) # 输出应该是 12 ('0000 1100') print("a | b =", a | b) # 应显示 61 ('0011 1101') print("a ^ b =", a ^ b) # 得到 49 ('0011 0001') print("~a =", ~a ) # 返回 -61 ('..1100 0011') print("a << 2=", a << 2) # 计算得出 240 ('1111 0000') print("b >> 2=", b >> 2) # 显示结果应当是 3 ('0000 0011') ```
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