位运算基础

本文最后更新于:2024年3月7日 下午

概述:
从现代计算机中所有的数据二进制的形式存储在设备中。即0、1两种状态,计算机对 二进制数据 进行的运算都是叫位运算,即将符号位共同参与运算的运算。

比如
int a = 35;
int b = 47;
int c = a + b;
计算两个数的和,因为在计算机中都是以二进制来进行运算,所以上面我们所给的int变量会在机器内部先转换为二进制在进行相加:
35: 0 0 1 0 0 0 1 1
47: 0 0 1 0 1 1 1 1
————————————————————
82: 0 1 0 1 0 0 1 0
位运算符直接对二进制的每一位进行操作(所以应该大概好像要快呢么一点点),同时也可以大大简便一些复杂的数位操作。


&

与 两个位都为1时,结果才为1

比如:0&0=0 0&1=0 1&0=0 1&1=1

用途
(1)lowbit(n) 用于计算n的二进制表示中最低位1出现的位置: int lowbit(int n){return n&(-n);}
(2)计算n的二进制表示中又几个1:

1
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int numOfOne(int n)
{
int count=0;
for(count=0;n!=0;n=n&(n-1))count++;
return count;
}

(当然,也有另一种方式:

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8
int numOfOne(int n)
{
int count=0;
for(int i=0;i<32;i++)
if(n>>i&1)
count++;
return count;
}

(3)可以用来截取n的最低几位(本质上可以求任何位数,重点是常数的查找)

如: n&0177 (截取最低7位) n&077(截取最低六位)


|

或 两个位都为0时,结果才为0 比如:0|0=0 0|1=1 1|0=1 1|1=1
用途 (1) 将n的二进制中的某几位置1 如: n=n | 017 (将低4位置1)
(2) 取n的二进制位0的个数(高位补0)

1
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int numOfZero(int n)
{
int count=0;
for(;n+1;count++,n=n|(n+1));
return count;
}

(当然,也有另一种方式:
1
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7
8
int numOfZero(int n)
{
int count=0;
for(int i=0;i<32;i++)
if(!(n>>i&1))
count++;
return 0;
}


^

异或 两个位相同为0,相异为1 比如:0^0=0 0^1=1 1^0=1 1^1=0

性质:
1、交换律 a^b=b^a
2、结合律 (a^b)^c=a^(b^c)
3、对于任何数x,都有 x^x=0,x^0=x
4、自反性: a^b^b=a^0=a;

用途
1)翻转指定位 比如将数 X=1010 1110 的低4位进行翻转,只需要另找一个数Y,令Y的低4位为1,其余位为0,即Y=0000 1111,然后将X与Y进行异或运算(X^Y=1010 0001)即可得到。
2)与0相异或值不变 例如:1010 1110 ^ 0000 0000 = 1010 1110
3)将两个数翻转 void Swap(int &a, int &b){a ^= b;b ^= a;a ^= b;}


~

取反 0变1,1变0
用途 生成与系统无关的常数(好吧这其实感觉没多大用但还是说一下?

如:n=n&(~077) 将n的最低六位置0 (077二进制表示为111111)

符号:<< 左移 各二进位全部左移若干位,高位丢弃,低位补0,相当于乘上了二

符号:>> 右移 各二进位全部右移若干位,对无符号数,高位补0,有符号数,各编译器处理方法不一样,有的补符号位(算术右移),有的补0(逻辑右移)

bitset拓展

头文件: #include<bitset>
bitset是一种储存空间极小的东西。定义时就可以定义该数所占用的空间。
比如 bitset<45>bit;就是定义一个45位的bitsat类型。占用空间为45bit,它即能表示一个数,也能表示一个45位的2进制数。
可以用string类型赋初值: bitset<45>bit (string("10111"));
也可以用整形赋初值:bitset<45>bit (23);
bitset的一些常用函数

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bit.size()       返回大小(位数)
bit.count() 返回1的个数
bit.any() 返回是否有1
bit.none() 返回是否没有1
bit.set() 全都变成1
bit.set(p) 将第p + 1位变成1bitset是从第0位开始的!)
bit.set(p, x) 将第p + 1位变成x
bit.reset() 全都变成0
bit.reset(p) 将第p + 1位变成0
bit.flip() 全都取反
bit.flip(p) 将第p + 1位取反
bit.to_ulong() 返回它转换为unsigned long的结果,如果超出范围则报错
bit.to_ullong() 返回它转换为unsigned long long的结果,如果超出范围则报错
bit.to_string() 返回它转换为string的结果


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