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Java怎么用位运算实现乘法运算

十进制相乘例如,26*15,在进行乘法操作时,我们一般这样算,先用5乘以6得到30,把0写下把3记在一边,再用5乘以2得到10再加上之前的3写在下面,得到130;计算完5再计算1分别乘以6和2把得到的结果26记在下面,然后把130和26相加(有错位)得到390。二进制相乘看完了十进制的相乘,再来看下二进制的相乘,基本原理是一样的,也是以十字相乘法为例,计算5*7。5的二进制为101,7的二进制为111,来看下二进制的十字相乘法。可以看到二进制为101和二进制111用传统的方式来计算,得到的结果为10001

本文目录

    十进制相乘

    例如,26 * 15,在进行乘法操作时,我们一般这样算,先用5乘以6得到30,把0写下把3记在一边,再用5乘以2得到10再加上之前的3写在下面,得到130;计算完5再计算1分别乘以6和2把得到的结果26记在下面,然后把130和26相加(有错位)得到390。

    Java怎么用位运算实现乘法运算

    二进制相乘

    看完了十进制的相乘,再来看下二进制的相乘,基本原理是一样的,也是以十字相乘法为例,计算 5 * 7。

    5的二进制为101,7的二进制为111,来看下二进制的十字相乘法。

    Java怎么用位运算实现乘法运算

    可以看到二进制为101和二进制111用传统的方式来计算,得到的结果为100011,而二进制100011对应的十进制为35。
    所以说,在计算的过程中,十进制和二进制的计算方式是一样的,当然这里就不进行举例和证明了。

    思路分析

    既然计算过程有了,那么怎么样用代码来实现呢?

    我们再来看下上图中二进制的计算过程:

    • 先用二进制111的最后一位1 乘上 101 得到 101。

    • 再用二进制111的倒数第2位1 乘上 101 得到 101。

    • 再用二进制111的倒数第3位1 乘上 101 得到 101。

    • 得到的三个101进行二进制相加,得到 100011。

    注意,第2步和第3步得到的结果101都往前挪了一位,相当于1010和10100,也就是最后相加的计算为:10100 + 1010 + 101 = 100011。

    再来看得到最终相加的计算10100 + 1010 + 101 = 100011,也就是只要我们找到如何把数据转换为几位数的相加就可以了,因为之前已经实现了如何用位运算实现加法操作。

    这三个数101、1010、10100的数量刚好与二进制111的个数相同,也就是二进制(上图下面那个乘数111)有几位就会产生几个数相加,如果是与11111相乘就会产生5个数相加。

    再来看数据之前的关系:

    • 第一次相乘结果:101 = 101 + 0

    • 第二次相乘结果:1111 = 101 < 1 + 101 = 1010 + 101

    • 第三次相乘结果:100011 = 101 < 2 + 1111 = 10100 + 1010 + 101

    从这里我们可以看到,每计算一次,101只需要向左移一次再加上上一次的计算结果就可以了。

    那么,怎么知道要左移多少次呢?从这里例子中看,111每次计算后,向右移动一次,101也跟着向左移动一次,直到111只剩最后一位,则停止计算就好了。

    代码实现

    根据上面的思路,来实现一下代码:

    // 用位运算实现加法
    public static int add(int a, int b) {
        int sum = 0;
        while (b != 0) {
            sum = a ^ b;
            b = (a & b) << 1;
            a = sum;
        }
        return sum;
    }
    
    // 用位运算实现减法
    public static int multi(int a, int b) {
        int res = 0;
        while (b != 0) {
            if ((b & 1) != 0) {
                res = add(res, a);
            }
            a <<= 1;
            b >>>= 1;
        }
        return res;
    }

    运行一下代码,看下结果:

    Java怎么用位运算实现乘法运算

    可以看到计算是正确的,而且还支持负数。

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