位操作

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位操作程序设计中对位模式二进制数的一元和二元操作. 在许多古老的微处理器上, 位运算比加减运算略快, 通常位运算比乘除法运算要快很多. 在现代架构中, 情况并非如此:位运算的运算速度通常与加法运算相同(仍然快于乘法运算).

位运算符[编辑]

取反(NOT)[编辑]

取反是一元运算符, 对一个二进制数的每一位执行逻辑操作. 使数字1成为0, 0成为1. 例如:

   NOT 0111 (十进制 7)
     = 1000 (十进制 8)

许多程序设计语言(包括C程序设计语言 family), 取反操作符用波浪线"~"表示. 值得注意的是此操作符与"逻辑非(!)" 操作符不同. 在C++中,逻辑非将数字整体看做一个布尔类型-- 将真值转化为假, 将假值转化为真; 而C语言将值1转化为0, 将非零值转化为0. "逻辑非"并不是一个位操作.

按位或(OR)[编辑]

按位或处理两个长度相同的二进制数, 两个相应的二进位中只要有一个为1, 该位的结果值为1. 例如

        0101 (十进制 5)
     OR 0011 (十进制 3)
      = 0111 (十进制 7)

在C类程序设计语言中, 按位或操作符是"|". 这一操作符需要与逻辑或运算符(||)区别开来.

按位或能够将每一位看做旗帜; 在二进制数中的每一位可以表示不同的布尔变量. 应用按位或操作可以将二进制数的某一位设为1.例如

0010 (十进制 2)

能够看做包含4个旗帜的组合. 第1,2,4旗帜为0; 第3个旗帜为1. 利用按位或可以将第1个旗帜设置为1, 而其他旗帜不变.

       0010 (十进制 2)
    OR 1000 (十进制 8)
     = 1010 (十进制 10)

这一技巧通常用来保存程序中的大量布尔变量.

按位异或(XOR)[编辑]

按位异或运算, 对等长二进制模式或二进制数的每一位执行逻辑异或操作. 操作的结果是如果某位不同则该位为1, 否则该位为0. 例如


         0101
     XOR 0011
       = 0110

在类C语言中, 按位异或运算符是 "^".

汇编语言的程序员们有时使用按位异或运算作为将寄存器的值设为 0 的捷径. 用值的自身对其执行按位异或运算将得到 0 . 并且在许多架构中, 与直接加载 0 值并将它保存到寄存器相比, 按位异或运算需要较少的中央处理单元时钟周期.


按位异或也可以用于在比特集合中切换旗帜. 给出一个比特模式,

0010

第一和第三位能够通过按位异或运算使用同时切换.


         0010
     XOR 1010
       = 1000

这一技巧可用于操作表示布尔变量的比特模式.

按位与(AND)[编辑]

按位与处理两个长度相同的二进制数, 两个相应的二进位都为1, 该位的结果值才为1,否则为0. 例如:

         0101
     AND 0011
       = 0001

在类C语言中,按位与用'&'表示

移位[编辑]

移位是一个二元运算符,用来将一个二进制数中的每一位全部都向一个方向移动指定位,溢出的部分将被舍弃,而空缺的部分填入一定的值。在类C语言中,左移使用两个小于符号"<<"表示,右移使用两个大于符号">>"表示。

算术移位[编辑]

Left arithmetic shift
Right arithmetic shift


逻辑移位[编辑]

应用逻辑移位时,移位后空缺的部分全部填0.

       0001 (十进制 1)
 <<       3 (左移 3 位)
     = 1000 (十进制 8)
       1010 (十进制 10)
 >>       2 (右移 2 位)
     = 0010 (十进制 2)

C, C++ 和 Java中的移位[编辑]

JAVA中有一个特有的无符号右移操作符“>>>”。此操作将忽略操作数的符号 同样的还有>>>=

应用[编辑]