異或的幾個(gè)作用

0. 一個(gè)整數(shù)N的二進(jìn)制表示中有多少個(gè)1辐怕,最低位的1出現(xiàn)在第幾個(gè)位置搂漠。

1. 交換兩個(gè)整數(shù)而不必使用第三個(gè)參數(shù)

a=9;
b=11;
a=a^b;
b=a^b;
a=a^b;
//a=11,b=9;

2. 使用異或來判斷一個(gè)二進(jìn)制數(shù)中的1的數(shù)量是奇數(shù)還是偶數(shù)。

  • 求10100001中的1的數(shù)量是奇數(shù)還是偶數(shù);1010000^1 =1,結(jié)果為1就是奇數(shù)個(gè)1摧冀,結(jié)果為0就是偶數(shù)個(gè)1;應(yīng)用:這條性質(zhì)可以用于奇偶校驗(yàn)(Parity Check),比如在串口通信中,每一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)都計(jì)算一個(gè)校驗(yàn)位系宫,數(shù)據(jù)和校驗(yàn)位一起發(fā)送出去索昂,這樣接收方可以根據(jù)校驗(yàn)位粗略的判斷接收到的數(shù)據(jù)是否有誤。

3. 快數(shù)比較兩個(gè)值

  • 判斷兩個(gè)int型數(shù)字是否相等扩借,你肯定會(huì)想到判斷(a-b)==0(使用a==b和a^b == 0的效果是一樣的椒惨。),但是使用a^b==0效率會(huì)更高潮罪。

4. 在匯編中經(jīng)常使用:xor a,a將變量置零

5. 校驗(yàn)和恢復(fù)

  • 校驗(yàn)和恢復(fù)主要利用的了異或的特性:IF a ^ b = c THEN a ^ c = b
    應(yīng)用:一個(gè)很好的應(yīng)用實(shí)例是RAID5康谆,使用3塊磁盤(A、B嫉到、C)組成RAID5陣列沃暗,當(dāng)用戶寫數(shù)據(jù)時(shí),將數(shù)據(jù)分成兩部分何恶,分別寫到磁盤A和磁盤B孽锥,A ^ B的結(jié)果寫到磁盤C;當(dāng)讀取A的數(shù)據(jù)時(shí)细层,通過B ^ C可以對A的數(shù)據(jù)做校驗(yàn)忱叭,當(dāng)A盤出錯(cuò)時(shí)隔崎,通過B ^ C也可以恢復(fù)A盤的數(shù)據(jù)。RAID5的實(shí)現(xiàn)比上述的描述復(fù)雜多了韵丑,但是原理就是使用 異或爵卒,有興趣的同學(xué)看下RAID5

6. 互換二進(jìn)制數(shù)的奇偶位

  • 寫一個(gè)宏定義,實(shí)現(xiàn)功能位將一個(gè)int型的數(shù)的奇偶位互換如00000110(6)->00001001(9)輸出為9.
#define N(n) ((n<<1)&(0xAAAA)) | ((n>>1)&(0x5555))

7.最常出現(xiàn)的面試題: 一個(gè)整形數(shù)組里除了N個(gè)數(shù)以外撵彻,其他的數(shù)都出現(xiàn)了兩次钓株,找出這N個(gè)數(shù)。

  • (1):題目(LeetCode中通過率最高的一道題)Single Number:Given a array of integers,every element appears twice except for one.Find that single one.
    由于異或的交換律(a^ b ^ c ^ d = a ^b ^ d^c),所以對于上題對整個(gè)數(shù)組中的每一個(gè)數(shù)進(jìn)行異或操作陌僵,結(jié)果就是那個(gè)剩余的為單的數(shù)字轴合。(A ^B ^C ^B ^C ^D ^D = A ^B ^B ^C ^C ^D ^D).

  • (2): 一個(gè)整型數(shù)組里面除了兩個(gè)數(shù)之外,其他的所有的數(shù)字都出現(xiàn)了兩次碗短。
    第一步:假設(shè)為a,b對所有數(shù)字異或之后得到的結(jié)果就是a^b的結(jié)果受葛。
    第二步:想辦法得到a或者b,假設(shè)a^b為00001001偎谁,值為1的位表示a和b在這一位上不同总滩,如上則表示a和b在最低位上不同。所以我們找出所有最低位為1的數(shù)進(jìn)行異或巡雨,得到的就是a或者是b闰渔。
    第三步:假設(shè)我們已經(jīng)找到了a,則b=a(ab),這樣我們就找到了b,所以我們需要循環(huán)兩次铐望;

//宏定義冈涧,用來找出某個(gè)數(shù)第一次bit為1的地方、
//如 10010110 則運(yùn)算結(jié)果為 00000010
#define  getFisrtOneBit(N) ((N) & ~(N-1))

int findTwo(int *array,int len)
{
    int i = 1;
    int aXORb = array[0];
    int a = 0;
    int b = 0;
    int firstOneBit = 0;
    for (; i < len; ++i)
        aXORb^=array[i];

    if (aXORb==0)
        return 0;
    firstOneBit = getFisrtOneBit(aXORb);

    for (i = 0; i < len; ++i){
        if(array[i] & firstOneBit)
            a^=array[i];
    }
    b = aXORb^a;
    printf("%d\n", a);
    printf("%d\n", b);
    return 0;
}
  • (3): 一個(gè)整型數(shù)組里除了三個(gè)數(shù)之外正蛙,其他的數(shù)字都出現(xiàn)了兩次督弓,請寫程序找出這三個(gè)只出現(xiàn)一次的數(shù)字。
    第一步:像上面一樣全部進(jìn)行異或 則得到result = X^ Y ^Z乒验;
    第二步:把問題簡化為:假設(shè)一個(gè)數(shù)組中有三個(gè)不同的數(shù)字X,Y,Z愚隧;已知result = X ^Y ^Z,求X,Y徊件,Z奸攻?
    1). 假設(shè)X^ Y^ Z = 0蒜危;則XYZ三個(gè)數(shù)的低位第一位為1的位置有兩個(gè)數(shù)相同虱痕,一個(gè)不同。例如:X:00001000辐赞,Y:00000100部翘,Z:00001100 Y和Z的低位第一位都是00000100,X的低位第一位是00001000;
    2). (result^ X)^ (result^ Y)^ (result ^Z) = 0;所以三個(gè)數(shù)(result X)、(result Y)响委、(result^ Z)的低位第一位為1的位置有兩個(gè)相同新思,一個(gè)不同窖梁;那么我們獲取這三個(gè)數(shù)的低位第一位為1的位置后,進(jìn)行異或并取低位第一位為1的位置夹囚,就可以找到三個(gè)中"一個(gè)不同"的低位第一位為1的位置纵刘,假設(shè)這個(gè)值為firstOneBit。
    3). 遍歷這三個(gè)數(shù)(result^ X),(result ^Y),(result ^Z),如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)數(shù)的異或result等于firstOneBit,那么這個(gè)數(shù)就是"一個(gè)不同"的那個(gè)數(shù)荸哟。
    4). 找到了一個(gè)數(shù)假哎,剩下的兩個(gè)數(shù),就可以通過上面的方法找出鞍历。
    第三步:完成第二步的簡化后舵抹,回到原題,我們的原題比簡化的問題多了一個(gè)成對的數(shù)據(jù)干擾劣砍,我們可以使用異或出去干擾數(shù)據(jù)惧蛹。
#define  getFisrtOneBit(N) ((N) & ~( (N)-1))

int findOne(int *array,int len)
{
    int aXORbXORc = 0;
    int c = 0;
    int firstOneBit = 0;
    for (int i = 0; i < len; ++i)
        aXORbXORc ^= array[i];

    for (int i = 0; i < len; ++i)
        firstOneBit ^= getFisrtOneBit(aXORbXORc ^ array[i]);
    //使用異或會(huì)排除掉不相干的元素

    firstOneBit = getFisrtOneBit(firstOneBit);
    //獲取到最低位

    for (int i = 0; i < len; ++i){
        if (getFisrtOneBit(aXORbXORc ^ array[i]) == firstOneBit){
            c ^= array[i];
        }
    }

    printf("C:%d\n",c);
    return c;
}

int findTwo(int *array,int len)
{
    int i = 1;
    int aXORb = array[0];
    int a = 0;
    int b = 0;
    int firstOneBit = 0;
    for (; i < len; ++i)
        aXORb ^= array[i];

    if (aXORb == 0)
        return 0;
    firstOneBit = getFisrtOneBit(aXORb);

    for (i = 0; i < len; ++i)
    {
        if(array[i] & firstOneBit)
            a^=array[i];
    }

    b = aXORb^a;
    printf("%d\n", a);
    printf("%d\n", b);
    return 0;
}

int findThree(int *array,int len)
{
    int tmpInt = findOne(array,len);
    int *tmpBuf = (int *)malloc((len+1)*sizeof(int));
    
    for (int i = 0; i < len; ++i)
        tmpBuf[i] = array[i];
    tmpBuf[len] = tmpInt;

    findTwo(tmpBuf,len+1);
    free(tmpBuf);
    return 1;
}
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