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Java中可用的位运算技巧有哪些?

什么是位操作我们都知道数据在计算机存储的形式是二进制数据,位操作就是一种在二进制层面操作数据的方法,位操作直接操作0,1构成的二进制数据。基本的位操作基本的位操作有六种,分别是**与或非异或左移右移**符号描述运算规则&与两个位都为1时,结果才为1或两个位都为0时,结果才为0^异或两个位相同时,结果为1,不相同为0~取反0变1,1变0右移各二进位全部左移若干位,高位丢弃,高位补符号位,或者补零,根据不同编译器**首先,必须明确位操作只能对整数进行操作**在jdk中,java右移是进行算术右移操作**位操作

什么是位操作

我们都知道数据在计算机存储的形式是二进制数据,位操作就是一种在二进制层面操作数据的方法,位操作直接操作0,1构成的二进制数据。

基本的位操作

基本的位操作有六种,分别是 ** 与 或 非 异或 左移 右移 **

符号描述运算规则
&与两个位都为1时,结果才为1
或两个位都为0时,结果才为0
^异或两个位相同时,结果为1,不相同为0
~取反0变1,1变0
<<左移各二进位全部左移若干位,高位丢弃,低位补0
>>右移各二进位全部左移若干位,高位丢弃,高位补符号位,或者补零,根据不同编译器
  • ** 首先,必须明确位操作只能对整数进行操作 **

  • 在jdk中,java右移是进行算术右移操作

  • ** 位操作的优先级很低,所以最好用括号 **

Java中可用的位运算技巧有哪些?

上述代码的输出结果:

Java中可用的位运算技巧有哪些?

下面我们就分析一下为什么会输出这个结果:

  • 首先对于13,我们写出他的二进制:0000 1101

  • 右移两位: 0000 0011,由于jdk中的右移是算术右移,所以高位补00,结果为3

  • 对于-13,二进制代码: 1111 0011

  • 右移两位,高位补符号位,1111 1100,结果是-4

位操作的常用技巧

位操作经常用于一些小操作,由于他只能操作整形数,所以用途有限,但是一些常用的小技巧是非常值得掌握的,判断奇偶,交换两数,交换符号,求绝对值等。下面我们就将一一介绍。

判断奇偶

奇偶的区别体现在二进制上,就是末尾是0,1 显然当末尾为0时,是偶数,当末尾为1是最后一位奇数。所以判断奇偶的方法是:

Java中可用的位运算技巧有哪些?

一个小的测试程序:

Java中可用的位运算技巧有哪些?

上面这个程序将会输出所有1000以内的偶数

交换两数

利用位操作交换两个数的好处是不用第三个temp变量(局限是只能交换整数变量)

Java中可用的位运算技巧有哪些?

分析一下交换是怎么产生的:
首先 a^=b 即a=(a^b);
b^=a 即b=b(ab),由于运算满足交换律,b(ab)=bb^a。一个数和自己异或肯定是0,因为自己肯定是等于自己的啦,那么一个数和0异或的话,1和0异或还是1,0和0异或还是0,所以显然一个数和0异或之后当然还是自己本身。所以此时,b被赋值为a。
最后一步,a^=b 就是a=ab,由于前面二步可知a=(ab),b=a,所以a=ab即a=(ab)^a。故a会被赋上b的值。

变换符号

变换符号显然很简单,根据类似补码,取反加一就可以了。

Java中可用的位运算技巧有哪些?

求绝对值

求绝对值就是在变换符号的基础上实现的,我们只要先判断是否为负数,若是负数,就变换符号,不是,就直接返回。
判断正负可以直接判断其符号位,右移31位,取到符号位,判断正负

Java中可用的位运算技巧有哪些?

对于任何数,与0异或都会保持不变,与-1即0xFFFFFFFF异或就相当于取反。因此,a与i异或后再减i(因为i为0或-1,所以减i即是要么加0要么加1)也可以得到绝对值。所以可以对上面代码优化下:

Java中可用的位运算技巧有哪些?

位操作的应用

常见的算法题,位操作实现A+B的操作是常见的算法题。

Java中可用的位运算技巧有哪些?

上述代码就实现了不用+操作符,利用位操作实现两个数的相加操作。
现在我们来讲解位操作实现两个数相加的原理
首先,十进制中,我们知道,7+8,不进位和是5,进位是1,然后我们可以根据不进位和和进位5+1*10算出最后的结果15。
类似二进制也可以采取这种方法
比如
a = 3,b = 6
a : 0011
b : 0110
不进位和: 0101   也就是5
进位:0010  也就是2
所以a+b变成5 + (2<<1)
5    0101
2<<1   0100
不进位和 0001  = 1
进位          0100  = 4
因此 a + b就变成了1 + 4 << 1
然后有
1    0001
4<<1   1000
不进位和 1001  = 9
进位          0000  = 0
当时进位为0时,不进位和为9即a + b之和。

可以发现上述是一个递归的过程,所以也就不难写出代码了。求两个数的不进位和实际上就是将两个数异或操作即可。

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