深入理解位運算操作及使用場景

工作中一直沒用過位操作，只有在閱讀一些源碼的時候會看到使用位運算符（因為直接使用位運算符效率更高），為了更好的閱讀源碼那就好好學習一下吧，順便把學習的東西記下來！

所有的位運算都是在二進制下來進行運算的，再二進制下只有0/1。

 

1. ~ 位求反

運算符規則是：將運算符后二進制數反轉，0變1，1變 0，所以對一個數取反偶數次結果是它本身。

例如：

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 -> 3
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1100 -> ~ 3 = -4

常用場景：

求相反數： ~a + 1

2. << 左移

運算符規則是：各二進位全部左移若干位，高位丟棄，低位補0。

例如：6 << 2 = 24

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110 -> 6
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1000 -> 6 << 2 = 24

我們將6的二進位向左移動兩位，低位補上兩個0，高位丟棄，得出來的結果就是24。

常用場景：

左移常被用來做 * (2 ^ n)的運算，因為直接基於二進制運算，所以左移效率比 * (2 ^ n)高。

3. >> 右移

運算符規則是：各二進位全部右移若干位，正數高位補0，負數高位補1，低位丟棄。

例如: 12 >> 2 = 3

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1100     -> 12
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011     -> 12 >> 2 = 3

因為12是正數，右移過程中高位補上兩個0，低位丟棄，得出來的結果就是3。
例如：-12 >> 2 = -3

1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0100    -> -12
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1101    -> -12 >> 2 = -3

因為-12是負數，右移過程中高位補上兩個1，低位丟棄，得出來的結果就是-3。

常用場景：

右移常被用來做 / (2 ^ n)的運算，因為直接基於二進制運算，所以右移效率比 / (2 ^ n)高。

4. >>> 無符號右移

運算符規則是：各二進位全部右移若干位，高位補0，低位丟棄。

例如: 12 >>> 2 = 3

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1100     -> 12
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011     -> 12 >>> 2 = 3

我們將12的二進位向右移動兩位，高位補上兩個0，低位丟棄，得出來的結果就是24。
例如：-12 >>> 2 = 1073741821

1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0100    -> -12
0011 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1101    -> -12 >> 2 = 1073741821

我們將-12的二進位向右移動兩位，高位補上兩個0，低位丟棄，得出來的結果就是1073741821。

 

5. & 位與
運算符規則是：運算符兩邊有0，結果就為0 ，只有當兩邊同時為1是，結果才為1。

如下：

 0 & 0 = 0；     0 & 1 = 0；     1 & 0 = 0；       1 & 1= 1；

例如：3&5  

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 -> 3
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101 -> 5
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 -> 3 & 5 = 1

位與運算的特殊用途：

1.清零（將一個單元與0進行位與運算結果為零）
2.取一個數指定位（例如取num=1010 1101的低四位 則將num&0xF得到0000 1101）。
3.判斷奇偶性：用if ((a & 1) == 0) 代替 if (a % 2 == 0)來判斷a是不是偶數。

6. | 位或
運算規則就是 運算符兩邊有1，結果就為1 ，只有當兩邊同時為0是，結果才為0。

如下：

0 | 0 = 0；  0 | 1 = 1；  1 | 0 = 1；   1 | 1 = 1 ；

例如:3|5　

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 -> 3
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101 -> 5
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 -> 3 | 5 = 7

另，負數按補碼形式參加按位或運算。

使用場景：

下面這個方法是摘自HashMap類，這個算法來修改用戶使用構造器傳進來的size的，這個算法是使用移位和或結合來實現的，性能上比循環判斷要好。

public static final int tableSizeFor(int cap) {
    int n = cap - 1;
    n |= n >>> 1;
    n |= n >>> 2;
    n |= n >>> 4;
    n |= n >>> 8;
    n |= n >>> 16;
    return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}

 

7. ^ 位異或
運算規則是：當運算符兩邊相同位置都是相同，結果返回0，不相同時返回1。

例如：3 ^ 5 = 1

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 -> 3
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101 -> 5
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110 -> 3 ^ 5 = 6

通常我們交換兩個數會使用一個臨時變量來幫忙：

int t = a;
a = b;
b = t;

使用 ^ 位運算符（裝逼必備）

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