C/C++的20個位運算技巧

一提起位運算，人們往往想到它的高效性，無論是嵌入式編程還是優化系統的核心代碼，適當的運用位運算總是一種迷人的手段，或者當您求職的時候，在代碼中寫入適當的位運算也會讓您的程序增加一絲亮點，最初當我讀《編程之美》求“1的數目”時，我才開始覺得位運算是如此之美，后來讀到 《Hacker's Delight》，感慨到Henry S.Warren把位運算運用的如此神出鬼沒，很多程序都十分精妙，我覺得在一個普通的程序中大量運用這樣的代碼的人簡直是瘋了！但掌握簡單的位運算技巧還是必要的，所以今天寫這篇博文把我積累的一些位運算技巧分享給大家，這些技巧不會是如求“1的數目”的技巧，是最基本的一行位運算技巧！

 

1.獲得int型最大值

int getMaxInt(){
        return (1 << 31) - 1;//2147483647， 由於優先級關系，括號不可省略
}

1.  
   int getMaxInt(){
2.  
   return (1 << 31) - 1;//2147483647， 由於優先級關系，括號不可省略
3.  
   }

 

另一種寫法

int getMaxInt(){
    return ~(1 << 31);//2147483647
}

1.  
   int getMaxInt(){
2.  
   return ~(1 << 31);//2147483647
3.  
   }

另一種寫法

int getMaxInt(){//有些編譯器不適用
    return (1 << -1) - 1;//2147483647
}

1.  
   int getMaxInt(){//有些編譯器不適用
2.  
   return (1 << -1) - 1;//2147483647
3.  
   }

C語言中不知道int占幾個字節時候

int getMaxInt(){
    return ((unsigned int) - 1) >> 1;//2147483647
}

1.  
   int getMaxInt(){
2.  
   return ((unsigned int) - 1) >> 1;//2147483647
3.  
   }

2.獲得int型最小值

int getMinInt(){
    return 1 << 31;//-2147483648
 }

1.  
   int getMinInt(){
2.  
   return 1 << 31;//-2147483648
3.  
   }

另一種寫法

int getMinInt(){//有些編譯器不適用
    return 1 << -1;//-2147483648
}

1.  
   int getMinInt(){//有些編譯器不適用
2.  
   return 1 << -1;//-2147483648
3.  
   }

3.獲得long類型的最大值

 

C語言版

long getMaxLong(){
    return ((unsigned long) - 1) >> 1;//2147483647
}

1.  
   long getMaxLong(){
2.  
   return ((unsigned long) - 1) >> 1;//2147483647
3.  
   }

JAVA版

long getMaxLong(){
    return ((long)1 << 127) - 1;//9223372036854775807
}

1.  
   long getMaxLong(){
2.  
   return ((long)1 << 127) - 1;//9223372036854775807
3.  
   }

獲得long最小值，和其他類型的最大值，最小值同理.

 

4.乘以2運算

int mulTwo(int n){//計算n*2
    return n << 1;
}

1.  
   int mulTwo(int n){//計算n*2
2.  
   return n << 1;
3.  
   }

5.除以2運算

int divTwo(int n){//負奇數的運算不可用
    return n >> 1;//除以2
}

1.  
   int divTwo(int n){//負奇數的運算不可用
2.  
   return n >> 1;//除以2
3.  
   }

6.乘以2的m次方

int mulTwoPower(int n,int m){//計算n*(2^m)
    return n << m;
}

1.  
   int mulTwoPower(int n,int m){//計算n*(2^m)
2.  
   return n << m;
3.  
   }

7.除以2的m次方

int divTwoPower(int n,int m){//計算n/(2^m)
    return n >> m;
}

1.  
   int divTwoPower(int n,int m){//計算n/(2^m)
2.  
   return n >> m;
3.  
   }

8.判斷一個數的奇偶性

boolean isOddNumber(int n){
    return (n & 1) == 1;
}

1.  
   boolean isOddNumber(int n){
2.  
   return (n & 1) == 1;
3.  
   }

9.不用臨時變量交換兩個數（面試常考）

 

C語言版

void swap(int *a,int *b){
    (*a) ^= (*b) ^= (*a) ^= (*b);
}

1.  
   void swap(int *a,int *b){
2.  
   (*a) ^= (*b) ^= (*a) ^= (*b);
3.  
   }

通用版（一些語言中得分開寫）

a ^= b;
b ^= a;
a ^= b;

1.  
   a ^= b;
2.  
   b ^= a;
3.  
   a ^= b;

10.取絕對值（某些機器上，效率比n>0  ?  n:-n 高）

int abs(int n){
return (n ^ (n >> 31)) - (n >> 31);
/* n>>31 取得n的符號，若n為正數，n>>31等於0，若n為負數，n>>31等於-1
若n為正數 n^0=0,數不變，若n為負數有n^-1 需要計算n和-1的補碼，然后進行異或運算，
結果n變號並且為n的絕對值減1，再減去-1就是絕對值 */
}

1.  
   int abs(int n){
2.  
   return (n ^ (n >> 31)) - (n >> 31);
3.  
   /* n>>31 取得n的符號，若n為正數，n>>31等於0，若n為負數，n>>31等於-1
4.  
   若n為正數 n^0=0,數不變，若n為負數有n^-1 需要計算n和-1的補碼，然后進行異或運算，
5.  
   結果n變號並且為n的絕對值減1，再減去-1就是絕對值 */
6.  
   }

11.取兩個數的最大值（某些機器上，效率比a>b ? a:b高）

 

通用版

int max(int a,int b){
    return b & ((a-b) >> 31) | a & (~(a-b) >> 31);
    /*如果a>=b,(a-b)>>31為0，否則為-1*/
}

1.  
   int max(int a,int b){
2.  
   return b & ((a-b) >> 31) | a & (~(a-b) >> 31);
3.  
   /*如果a>=b,(a-b)>>31為0，否則為-1*/
4.  
   }

C語言版

int max(int x,int y){
    return x ^ ((x ^ y) & -(x < y));
    /*如果x<y x<y返回1，否則返回0，
、 與0做與運算結果為0，與-1做與運算結果不變*/
}

1.  
   int max(int x,int y){
2.  
   return x ^ ((x ^ y) & -(x < y));
3.  
   /*如果x<y x<y返回1，否則返回0，
4.  
   、 與0做與運算結果為0，與-1做與運算結果不變*/
5.  
   }

12.取兩個數的最小值（某些機器上，效率比a>b ? b:a高）

 

通用版

int min(int a,int b){
    return a & ((a-b) >> 31) | b & (~(a-b) >> 31);
    /*如果a>=b,(a-b)>>31為0，否則為-1*/
}

1.  
   int min(int a,int b){
2.  
   return a & ((a-b) >> 31) | b & (~(a-b) >> 31);
3.  
   /*如果a>=b,(a-b)>>31為0，否則為-1*/
4.  
   }

C語言版

int min(int x,int y){
    return y ^ ((x ^ y) & -(x < y));
         /*如果x<y x<y返回1，否則返回0，
            與0做與運算結果為0，與-1做與運算結果不變*/
}

1.  
   int min(int x,int y){
2.  
   return y ^ ((x ^ y) & -(x < y));
3.  
   /*如果x<y x<y返回1，否則返回0，
4.  
   與0做與運算結果為0，與-1做與運算結果不變*/
5.  
   }

13.判斷符號是否相同

boolean isSameSign(int x, int y){ //有0的情況例外
    return (x ^ y) >= 0; // true 表示 x和y有相同的符號， false表示x，y有相反的符號。
}

1.  
   boolean isSameSign(int x, int y){ //有0的情況例外
2.  
   return (x ^ y) >= 0; // true 表示 x和y有相同的符號， false表示x，y有相反的符號。
3.  
   }

14.計算2的n次方

int getFactorialofTwo(int n){//n > 0
    return 2 << (n-1);//2的n次方
}

1.  
   int getFactorialofTwo(int n){//n > 0
2.  
   return 2 << (n-1);//2的n次方
3.  
   }

15.判斷一個數是不是2的冪

boolean isFactorialofTwo(int n){
    return n > 0 ? (n & (n - 1)) == 0 : false;
    /*如果是2的冪，n一定是100... n-1就是1111....
       所以做與運算結果為0*/
}

1.  
   boolean isFactorialofTwo(int n){
2.  
   return n > 0 ? (n & (n - 1)) == 0 : false;
3.  
   /*如果是2的冪，n一定是100... n-1就是1111....
4.  
   所以做與運算結果為0*/
5.  
   }

16.對2的n次方取余

int quyu(int m,int n){//n為2的次方
    return m & (n - 1);
    /*如果是2的冪，n一定是100... n-1就是1111....
     所以做與運算結果保留m在n范圍的非0的位*/
}

1.  
   int quyu(int m,int n){//n為2的次方
2.  
   return m & (n - 1);
3.  
   /*如果是2的冪，n一定是100... n-1就是1111....
4.  
   所以做與運算結果保留m在n范圍的非0的位*/
5.  
   }

17.求兩個整數的平均值

int getAverage(int x, int y){
        return (x + y) >> 1;
｝

1.  
   int getAverage(int x, int y){
2.  
   return (x + y) >> 1; 
3.  
   ｝

另一種寫法

int getAverage(int x, int y){
        return ((x ^ y) >> 1) + (x & y);
     /*(x^y) >> 1得到x，y其中一個為1的位並除以2，
       x&y得到x，y都為1的部分，加一起就是平均數了*/

}

1.  
   int getAverage(int x, int y){
2.  
   return ((x ^ y) >> 1) + (x & y);
3.  
   /*(x^y) >> 1得到x，y其中一個為1的位並除以2，
4.  
   x&y得到x，y都為1的部分，加一起就是平均數了*/
5.  
    
6.  
   }

 

下面是三個最基本對二進制位的操作

 

18.從低位到高位,取n的第m位

int getBit(int n, int m){
    return (n >> (m-1)) & 1;
}

1.  
   int getBit(int n, int m){
2.  
   return (n >> (m-1)) & 1;
3.  
   }

19.從低位到高位.將n的第m位置1

int setBitToOne(int n, int m){
    return n | (1 << (m-1));
    /*將1左移m-1位找到第m位，得到000...1...000
      n在和這個數做或運算*/
}

1.  
   int setBitToOne(int n, int m){
2.  
   return n | (1 << (m-1));
3.  
   /*將1左移m-1位找到第m位，得到000...1...000
4.  
   n在和這個數做或運算*/
5.  
   }

20.從低位到高位,將n的第m位置0

int setBitToZero(int n, int m){
    return n & ~(1 << (m-1));
    /* 將1左移m-1位找到第m位，取反后變成111...0...1111
       n再和這個數做與運算*/
}

1.  
   int setBitToZero(int n, int m){
2.  
   return n & ~(1 << (m-1));
3.  
   /* 將1左移m-1位找到第m位，取反后變成111...0...1111
4.  
   n再和這個數做與運算*/
5.  
   }

另附一些對程序效率上沒有實質提高的位運算技巧，一些也是位運算的常識（面試也許會遇到）

計算n+1

-~n

-~n

計算n-1

~-n

~-n

 

取相反數

~n + 1;

~n + 1; 

另一種寫法

(n ^ -1) + 1;

(n ^ -1) + 1;

if(x == a) x = b; if(x == b) x = a;

 

x = a ^ b ^ x;

x = a ^ b ^ x;

sign函數，參數為n，當n>0時候返回1，n<0時返回-1，n=0時返回0

return !!n - (((unsigned)n >> 31) << 1);

return !!n - (((unsigned)n >> 31) << 1); 

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