.程序中的所有数在计算机内存中都是以二进制的形式储存的。
位运算就是直接对整数在内存中的二进制位进行操作。
比如,and运算本来是一个逻辑运算符,但整数与整数之间也可以进行and运算。
举个例子,6的二进制是110,11的二进制是1011,那么6 and 11的结果就是2,
1 0 1 1
and 1 1 0
0 0 1 0
结果为 2
它是二进制对应位进行逻辑运算的结果(0表示False,1表示True,空位都当0处理)。
1、补码
在总结按位运算前,有必要先介绍下补码的知识,我们知道当将一个十进制正整数转换为二进制数的时候,只需要通过除2取余的方法即可,但是怎么将一个十进制的负整数转换为二进制数呢?其实,负数是以补码的形式表示,其转换方式,简单的一句话就是:先按正数转换,然后取反加1。
要将十进制的-10用二进制表示,先将10用二进制表示:
0000 0000 0000 1010
取反:
1111 1111 1111 0101
加1:
1111 1111 1111 0110
所以,-10的二进制表示就是:1111 1111 1111 0110
2、按位与(&)
参加运算的两个数,换算为二进制(0、1)后,进行与运算。只有当相应位上的数都是1时,该位才取1,否则该为为0。
将10与-10进行按位与(&)运算:
0000 0000 0000 1010
1111 1111 1111 0110(取反之后的结果)
-----------------------
0000 0000 0000 0010
所以:10 & -10 = 0000 0000 0000 0010
3、按位或(|)
参加运算的两个数,换算为二进制(0、1)后,进行或运算。只要相应位上存在1,那么该位就取1,均不为1,即为0。
将10与-10进行按位或(|)运算:
0000 0000 0000 1010
1111 1111 1111 0110(取反之后的结果)
-----------------------
1111 1111 1111 1110
所以:10 | -10 = 1111 1111 1111 1110
4、按位异或(^)
参加运算的两个数,换算为二进制(0、1)后,进行异或运算。只有当相应位上的数字不相同时,该为才取1,若相同,即为0。
将10与-10进行按位异或(^)运算:
0000 0000 0000 1010
1111 1111 1111 0110
-----------------------
1111 1111 1111 1100
所以:10 ^ -10 = 1111 1111 1111 1100
可以看出,任何数与0异或,结果都是其本身。利用异或还可以实现一个很好的交换算法,用于交换两个数,算法如下:
a = a ^ b;
b = b ^ a;
a = a ^ b;
5、取反(~)
参加运算的两个数,换算为二进制(0、1)后,进行取反运算。每个位上都取相反值,1变成0,0变成1。
对10进行取反(~)运算:
0000 0000 0000 1010
---------------------
1111 1111 1111 0101
所以:~10 = 1111 1111 1111 0101
6、左移(<<).注意看清楚方向
参加运算的两个数,换算为二进制(0、1)后,进行左移运算,用来将一个数各二进制位全部向左移动若干位。
对10左移2位(就相当于在右边加2个0):
0000 0000 0000 1010
--------------------
0000 0000 0010 1000
所以:10 << 2 = 0000 0000 0010 1000 = 40
注意,观察可以发现,左移一位的结果就是原值乘2,后面自动补0;左移两位的结果就是原值乘4。
7、右移(>>)
参加运算的两个数,换算为二进制(0、1)后,进行右移运算,用来将一个数各二进制位全部向右移动若干位。
对10右移2位(就相当于在左边加2个0):
0000 0000 0000 1010
--------------------
0000 0000 0000 0010
所以:10 >> 2 = 0000 0000 0000 0010 = 2
注意,观察可以发现,右移一位的结果就是原值除2,左移两位的结果就是原值除4,注意哦,除了以后没有小数位的,都是取整。