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按位异或运算
按位异或运算是数学或者计算机中运用到的数据处理的方法。感觉是一种思路,当然也是运用到了他的原理。
异或运算
首先异或表示当两个数的二进制表示,进行异或运算时,当前位的两个二进制表示不同则为1 ,相同则为0. 改方法被广泛用来统计一个数的1的位数。
即:
0 ^ 0 = 0 ,
0 ^ 1 = 1,
1 ^ 0 = 1 ,
1 ^ 1 = 0 ,
按位异或的3个特点:
1.) 0 ^ 0 = 0 , 0 ^ 1 = 1, 0异或任何数=任何数。
2.)1 ^ 0 = 1 , 1 ^ 1 = 0 , 1异或任何数=任何数取反。
3.)任何数异或自己 = 把自己置0。
按位异或的几个常见用途:
(1) 使某些特定的位翻转
例如对数10100001的第2位和第3位翻转,则可以将该数与00000110进行按位异或运算。
10100001^00000110 = 10100111
(2) 实现两个值的交换,而不必使用临时变量。
例如交换两个整数a=10100001,b=00000110的值,可通过下列语句实现:
a = a^b; //a=10100111
b = b^a; //b=10100001
a = a^b; //a=00000110
位运算
位运算时把数字用二进制表示之后,对每一位上0或者1的运算。理解位运算的第一步是理解二进制。二进制是指数字的每一位都是0或者1.比如十进制的2转化为二进制之后就是10。
其实二进制的运算并不是很难掌握,因为位运算总共只有5种运算:与、或、异或、左移、右移。如下表:
与(&) 0 & 0 = 0 1 & 0 = 0 0 & 1 = 0 1 & 1 = 1
或(|) 0 | 0 = 0 1 | 0 = 1 0 | 1 = 1 1 | 1 = 1
异或(^) 0 ^ 0 = 0 1 ^ 0 = 1 0 ^ 1 = 1 1 ^ 1 = 0
左移运算:
左移运算符m<<n表示吧m左移n位。左移n位的时候,最左边的n位将被丢弃,同时在最右边补上n个0.比如:
00001010 << 2 = 00101000
10001010 << 3 = 01010000
右移运算:
右移运算符m>>n表示把m右移n位。右移n位的时候,最右边的n位将被丢弃。但右移时处理最左边位的情形要稍微复杂一点。这里要特别注意,如果数字是一个无符号数值,则用0填补最左边的n位。如果数字是一个有符号数值,则用数字的符号位填补最左边的n位。也就是说如果数字原先是一个正数,则右移之后再最左边补n个0;如果数字原先是负数,则右移之后在最左边补n个1.下面是堆两个8位有符号数作右移的例子:
00001010 >> 2 = 00000010
10001010 >> 3 = 11110001
关于移位的运算有这样的等价关系:把整数右移一位和把整数除以2在数学上是等价的。
a << = 1 ; //a左移一位等效于a = a * 2;
a << = 2 ; //a左移2位等效于a = a * 2的2次方(4);
计算机内部只识别1、0,十进制需变成二进制才能使用移位运算符<<,>> 。
int j = 8;
p = j << 1;
cout<<p<<endl;
在这里,8左移一位就是8*2的结果16 。
移位运算是最有效的计算乘/除乘法的运算之一。
按位与(&)其功能是参与运算的两数各对应的二进制位相与。只有对应的两个二进制位均为1时,结果位才为1,否则为0 。参与运算的数以补码方式出现。
先举一个例子如下:
题目:请实现一个函数,输入一个正数,输出该数二进制表示中1的个数。
int count(BYTE n)
{
int num = 0;
while(n){
n &= (n – 1);
num++;
}
return num;
}
这里用到了这样一个知识点:把一个整数减去1,再和原整数做与运算,会把该整数最右边一个1变成0 。 那么一个整数的二进制表示中有多少个1,就可以进行多少次这样的操作。
总结:把一个整数减去1之后再和原来的整数做位与运算,得到的结果相当于是把整数的二进制表示中的最右边一个1变成0 。
位运算的应用可以运用于很多场合:
清零特定位(mask中特定位置0,其它位为1 , s = s & mask)。
取某数中指定位(mask中特定位置,其它位为0, s = s & mask)。
举例:输入两个整数m和n,计算需要改变m的二进制表示中的多少位才能得到n。
解决方法:第一步,求这两个数的异或;第二步,统计异或结果中1的位数。
#include
using namespace std;
int main()
{
int a = 10 , b =13 , count = 0;
int c;
c = a ^ b;
while©{
c &= (c – 1);
count++;
}
cout<<count<<endl;
return 0;
}
接下来我们再举一例,就可以更好的说明移位运算了:用一条语句判断一个整数是不是2的整数次方。
解决方法:一个整数如果是2的整数次方,那么它的二进制表示中有且只有一位是1,而其它所有位都是0 。 根据前面的分析,把这个整数减去1后再和它自己做与运算,这个整数中唯一的1就变成0了。
解答:!(x & (x – 1))
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