位操作符和位運(yùn)算

位操作符是用來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二進(jìn)制運(yùn)算時(shí)用到的操作符號(hào),并且是二進(jìn)制按位對(duì)應(yīng)操作橄杨。

一.&? 與操作符

c = a&b片习,只有當(dāng)a和b都是1的時(shí)候,c才等于1枪眉,只要a和b其中有一個(gè)為0捺檬,c都等于0,為什么是這么算的呢贸铜?計(jì)算機(jī)是通過(guò)二進(jìn)制來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)操作的堡纬,這種與操作脫胎于與門電路聂受,如下圖

從與門邏輯電路來(lái)看,只有兩條輸入的線路都是接通的烤镐,輸入都是1蛋济,出來(lái)的線路才是通的,輸出才是1炮叶。這也是為什么只有當(dāng)a和b都是1碗旅,結(jié)果才是1。如果c = 5 & 1; 先將5轉(zhuǎn)成二進(jìn)制數(shù)101镜悉,101與1進(jìn)行與操作祟辟,將1前面補(bǔ)0,補(bǔ)成001侣肄,這樣將兩個(gè)二進(jìn)制樹按位與旧困,結(jié)果為001,也就是c=0稼锅。

二.|? 或操作符

c = a | b;只要a和b有一個(gè)為1吼具,結(jié)果為1,a和b都是0缰贝,c結(jié)果為零

從或門邏輯電路來(lái)看馍悟,只要兩條輸入的線路有一條接通的畔濒,輸入都是1剩晴,出來(lái)的線路都是通的,輸出是1侵状,只有兩個(gè)輸入都是0赞弥,輸出才為0。這也是為什么只有當(dāng)a和b都是0趣兄,結(jié)果才是0绽左。如果c = 5 | 1; 先將5轉(zhuǎn)成二進(jìn)制數(shù)101,101與1進(jìn)行或操作艇潭,將1前面補(bǔ)0拼窥,補(bǔ)成001,這樣將兩個(gè)二進(jìn)制樹按位與蹋凝,結(jié)果為101鲁纠,也就是c=5。

三. ^? 異或操作(相同為0鳍寂,相異為1)

c = a^b, 只有a和b不相同的時(shí)候改含,結(jié)果才為1,a和b相同時(shí)迄汛,結(jié)果為1捍壤;

從異或門邏輯電路來(lái)看骤视,只要兩條輸入的線路狀態(tài)不同,輸入才是1鹃觉,輸出是1专酗,如果兩個(gè)輸入都是1,輸出也是0盗扇。如果c = 5 ^ 3; 先將5轉(zhuǎn)成二進(jìn)制數(shù)101笼裳,101與1進(jìn)行或操作,將3前面補(bǔ)0粱玲,補(bǔ)成011躬柬,這樣將兩個(gè)二進(jìn)制樹按位與,結(jié)果為110抽减,也就是c=6允青。

如面試常問(wèn)的交換a= 5;b = 3卵沉;不借助中間變量:

a = a^b;? // 101^011 = 110? ;十進(jìn)制是6颠锉;

b = a^b;? //此時(shí)a = 6,? 110^011 = 101; 十進(jìn)制是5;

a = a^b;? //此時(shí)=a = 6; b = 5史汗;110^101 = 011; 十進(jìn)制是3琼掠;

這樣就完成兩個(gè)數(shù)的交換。

四.移位操作 >>右移停撞,<<左移

? ? 1.正數(shù)左右移動(dòng)瓷蛙,比如5<<1;5左移1位戈毒;二進(jìn)制101左移一位末位補(bǔ)零1010 = 十進(jìn)制10艰猬;可以看出左移相當(dāng)于x2;101右移1位埋市,10 = 十進(jìn)制2冠桃;

? ? 2.負(fù)數(shù)左右移動(dòng),負(fù)數(shù)移動(dòng)會(huì)更加麻煩一點(diǎn)道宅,比如int類型的-5

? ? ? 負(fù)數(shù)移動(dòng)是通過(guò)補(bǔ)碼來(lái)操作的食听,我們先看下-5的補(bǔ)碼,補(bǔ)碼獲取是按位符號(hào)位不變?nèi)》丛偌?:

? ? ? -5的二進(jìn)制源碼:10000000 00000000 00000000 00000101

? ? ? -5的二進(jìn)制反碼:11111111 11111111 11111111 11111010? ? ? ? (符號(hào)位不變污茵,按位取反)

? ? ? -5的二進(jìn)制補(bǔ)碼:11111111 11111111 11111111 11111011? ? ? ? ? (反碼+1)

? ? (1)左移1位:符號(hào)位不變左移后末尾補(bǔ)0:11111111 11111111 11111111 11110110

? ? ? ? ? ? 然后將移動(dòng)之后的補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換回來(lái)樱报,怎么轉(zhuǎn)換回來(lái)呢?我們可以通過(guò)將移動(dòng)后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)補(bǔ)碼進(jìn)行轉(zhuǎn)換:符號(hào)位不變省咨,按位取反再加1

? ? ? ? 取反得到反碼:10000000 00000000 00000000 00001001

? ? ? ? 反碼加1得到補(bǔ)碼:10000000 00000000 00000000 00001010? ? ? (這個(gè)就是-5左移1位的結(jié)果-10肃弟;簡(jiǎn)單記憶就算負(fù)數(shù)左移是負(fù)數(shù)x2,如果超出int范圍要實(shí)際運(yùn)算

? ? ? (2)負(fù)數(shù)右移,符號(hào)位不變右移后前面補(bǔ)1:11111111 11111111 11111111 11111101

? ? ? ? 取反得到反碼:11111111 11111111 11111111 00000010

? ? ? ? 反碼加1得到補(bǔ)碼:11111111 11111111 11111111 00000011? ? ? (這個(gè)就是-5右移后得到的結(jié)果-3笤受;


五.& 穷缤、| 、^位操作符與=號(hào)聯(lián)用箩兽,&=津肛,|=,^=汗贫。

c &= a; //等價(jià)c = c & a;

c &= a & b身坐;//等價(jià)c = c & (a & b)

c |= a; //等價(jià)c = c | a;

c |= a | b;//等價(jià)c = c | (a | b)

c ^= a; //等價(jià)c = c ^ a;

c ^= a ^ b落包;//等價(jià)c = c ^ (a ^ b)

六:為了加深理解部蛇,我們看下力扣的位操作算法題

顛倒二進(jìn)制位

顛倒給定的 32 位無(wú)符號(hào)整數(shù)的二進(jìn)制位。

提示:

請(qǐng)注意咐蝇,在某些語(yǔ)言(如 Java)中涯鲁,沒(méi)有無(wú)符號(hào)整數(shù)類型。在這種情況下有序,輸入和輸出都將被指定為有符號(hào)整數(shù)類型抹腿,并且不應(yīng)影響您的實(shí)現(xiàn),因?yàn)闊o(wú)論整數(shù)是有符號(hào)的還是無(wú)符號(hào)的旭寿,其內(nèi)部的二進(jìn)制表示形式都是相同的警绩。

在 Java 中,編譯器使用二進(jìn)制補(bǔ)碼記法來(lái)表示有符號(hào)整數(shù)盅称。因此肩祥,在 示例 2 中,輸入表示有符號(hào)整數(shù) -3微渠,輸出表示有符號(hào)整數(shù) -1073741825搭幻。

示例 1:

輸入:n = 00000010100101000001111010011100

輸出:964176192 (00111001011110000010100101000000)

解釋:輸入的二進(jìn)制串 00000010100101000001111010011100 表示無(wú)符號(hào)整數(shù) 43261596,

? ? 因此返回 964176192逞盆,其二進(jìn)制表示形式為 00111001011110000010100101000000。

示例 2:

輸入:n = 11111111111111111111111111111101

輸出:3221225471 (10111111111111111111111111111111)

解釋:輸入的二進(jìn)制串 11111111111111111111111111111101 表示無(wú)符號(hào)整數(shù) 4294967293松申,

? ? 因此返回 3221225471 其二進(jìn)制表示形式為 10111111111111111111111111111111 云芦。

首先分析:要將32位的int數(shù)據(jù)顛倒過(guò)來(lái),是不是就是將32個(gè)位置的二進(jìn)制數(shù)從頭部或者從尾部一個(gè)個(gè)取出然后添加贸桶。比如n = 5舅逸;

5的二進(jìn)制:00000000 00000000 00000000 00000101

我們先聲明一個(gè)int result = 0; 來(lái)接收數(shù)據(jù);00000000 00000000 00000000 00000000

要將5里面取出的數(shù)存過(guò)來(lái)皇筛,是不是要先給數(shù)據(jù)留位置琉历,所以result先要左移一位;

result <<=1;? ? ? ? ? 得到 00000000 00000000 00000000 00000000;

從n = 5中取最后一位:int? num = n&1;? 這樣num=1; 取出了末位旗笔;

將末尾添加到result中 彪置,result = result | num;? 這樣就移動(dòng)了一位到result 中;

result :00000000 00000000 00000000 00000001

要移動(dòng)第二位蝇恶;result 左移一位留出位置拳魁,result :00000000 00000000 00000000 00000010;

n右移一位 :00000000 00000000 00000000 00000010撮弧,然后取出末位潘懊,int num = n &1;

然后放到result里面,result = result | num;

可以看出操作是重復(fù)的借用循環(huán):

public int reverseBits(int n) {

? ? ? ? int result = 0;

? ? ? ? for (int i = 0; i < 32; i++) {

? ? ? ? ? ? //res先往左移一位贿衍,把最后一個(gè)位置空出來(lái)授舟,

? ? ? ? ? ? //用來(lái)存放n的最后一位數(shù)字

? ? ? ? ? ? result <<= 1;

? ? ? ? ? ? //result 加上n的最后一位數(shù)

? ? ? ? ? ? result |= n & 1;

? ? ? ? ? ? //n往右移一位,把最后一位數(shù)字去掉

? ? ? ? ? ? n >>= 1;

? ? ? ? }

? ? ? ? return result;

? ? }

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