转载自Java位操作全面总结
在计算机中所有数据都是以二进制的形式储存的。位运算其实就是直接对在内存中的二进制数据进行操作,因此处理数据的速度非常快。
位操作基础
基本的位操作符有与、或、异或、取反、左移、右移这6种,它们的运算规则如下所示:
注意以下几点:
- 在这6种操作符,只有 取反是单目操作符,其它5种都是双目操作符。
- 位操作只能用于整形数据,对 和 类型进行位操作会被编译器报错。
- 位操作符的运算优先级比较低,因为尽量使用括号来确保运算顺序,否则很可能会得到莫明其妙的结果。比如要得到像 1,3,5,9 这些 2^i+1 的数字。写成 是不对的,程序会先执行 ,再执行左移操作。应该写成
- 另外位操作还有一些复合操作符,如 &=、|=、 ^=、<<=、>>=
常用位操作小技巧
下面对位操作的一些常见应用作个总结,有判断奇偶、交换两数、变换符号及求绝对值。这些小技巧应用易记,应当熟练掌握。
判断奇偶数
只要根据最未位是 0 还是 1 来决定,为 0 就是偶数,为 1 就是奇数。 因此可以用 代替 来判断 a 是不是偶数。下面程序将输出 0 到 100 之间的所有偶数:
交换两数
log 信息:
可以这样理解:
- 第一步 a ^= b 即 a = (a ^ b);
- 第二步 b ^= a 即 b= b ^ ( a ^ b),由于异或运算满足交换律,b ^ ( a ^ b) = b ^ b ^ a。由于一个数和自己异或的结果为 0 并且任何数与 0 异或都会不变的,所以此时 b 被赋上了 a 的值;
- 第三步 a ^= b 就是 a = a ^ b,由于前面二步可知 a = ( a ^ b),b=a,所以 a = a ^ b 即 a = ( a ^ b ) ^ a。故 a 会被赋上 b 的值。
变换符号
变换符号就是正数变成负数,负数变成正数。 如对于 -11 和 11,可以通过下面的变换方法将 -11 变成 11
因此变换符号只需要取反操作后加 1 即可
求绝对值
位操作也可以用来求绝对值,对于负数可以通过上面变换符号方式对其取反后加1来得到正数。
因此先移位来取符号位, 要注意如果 a 为正数,i 等于 0,为负数,i 等于 -1。然后对i进行判断——如果i等于0,直接返回。否之,返回~a+1。完整代码如下:
现在再分析下。对于任何数,与 0 异或都会保持不变,与 -1 即 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:
注意这种方法没用任何判断表达式.
位操作与空间压缩
筛素数(质数)法在这里不就详细介绍了,本文着重对筛素数法所使用的素数表进行优化来减小其空间占用。要压缩素数表的空间占用,可以使用位操作。下面是用筛素数法计算100以内的素数示例代码:
log 信息为
在上面程序是用bool数组来作标记的,bool型数据占1个字节(8位),因此用位操作来压缩下空间占用将会使空间的占用减少八分之七。
java操作基础下面考虑下如何在数组中对指定位置置1,先考虑如何对一个整数在指定位置上置1。对于一个整数可以通过将 1 向左移位后与其相或来达到在指定位上置1的效果,代码如下所示:
同样,可以1向左移位后与原数相与来判断指定位上是0还是1(也可以将原数右移若干位再与1相与)。
扩展到数组上,我们可以采用这种方法,因为数组在内存上也是连续分配的一段空间,完全可以“认为”是一个很长的整数。先写一份测试代码,看看如何在数组中使用位操作:
log 信息
可以看出该数组每 3 个就置成了 1,证明我们上面对数组进行位操作的方法是正确的。因此可以将上面筛素数方法改成使用位操作压缩后的筛素数方法:
log 信息为
位操作技巧
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