C# 中使用位運算（與、或、非 & | ^）進行數據校驗

前言：

　　要學會位運算，首先要清楚什么是位運算？程序中的所有內容在計算機內存中都是以二進制的形式儲存的（即：0或1），位運算就是直接對在內存中的二進制數的每位進行運算操作

知識了解：

　　在C#中可以對整型運算對象按位進行邏輯運算。按位進行邏輯運算的意義是：依次取被運算對象的每個位，進行邏輯運算，每個位的邏輯運算結果是結果值的每個位。C#支持的位邏輯運算符如表2.9所示。

運算符號	意義	運算對象類型	運算結果類型	對象數	實例
~	位邏輯 非運算	整型，字符型	整型	1	~a
&	位邏輯 與運算			2	a & b
|	位邏輯 或運算			2	a | b
^	位邏輯 異或運算			2	a ^ b
<<	位 左移運算			2	a<<4
>>	位 右移運算			2	a>>2

 

1、位邏輯非運算

位邏輯非運算是單目的，只有一個運算對象。位邏輯非運算按位對運算對象的值進行非運算，即：如果某一位等於0，就將其轉變為1；如果某一位等於1，就將其轉變為0。

比如，對二進制的10010001進行位邏輯非運算，結果等於01101110，用十進制表示就是：

~145等於110；對二進制的01010101進行位邏輯非運算，結果等於10101010。用十進制表示就是~85等於176。

 

2、位邏輯與運算

位邏輯與運算將兩個運算對象按位進行與運算。與運算的規則：1與1等於1，1與0等於0。

比如：10010001（二進制）&11110000等於10010000（二進制）。

 

3、位邏輯或運算

位邏輯或運算將兩個運算對象按位進行或運算。或運算的規則是：1或1等1，1或0等於1，

0或0等於0。比如10010001（二進制）| 11110000（二進制）等於11110001（二進制）。

 

4、位邏輯異或運算

位邏輯異或運算將兩個運算對象按位進行異或運算。異或運算的規則是：1異或1等於0，

1異或0等於1，0異或0等於0。即：相同得0，相異得1。

比如：10010001（二進制）^11110000（二進制）等於01100001（二進制）。

 

5、位左移運算

位左移運算將整個數按位左移若干位，左移后空出的部分0。比如：8位的byte型變量

byte a=0x65(即二進制的01100101),將其左移3位：a<<3的結果是0x27(即二進制的00101000)。

 

將第一個操作數向左移動第二個操作數指定的位數，空出的位置補0。
  左移相當於乘. 左移一位相當於乘2;左移兩位相當於乘4;左移三位相當於乘8。

  x<<1= x*2 
  x<<2= x*4 
  x<<3= x*8 
  x<<4= x*16

6、位右移運算

　　位右移運算將整個數按位右移若干位，右移后空出的部分填0。比如：8位的byte型變量

Byte a=0x65(既（二進制的01100101）)將其右移3位：a>>3的結果是0x0c(二進制00001100)。

將第一個操作數向右移動第二個操作數所指定的位數，空出的位置補0。

  右移相當於整除. 右移一位相當於除以2;右移兩位相當於除以4;右移三位相當於除以8。

  x>>1= x/2 
  x>>2= x/4 
  x>>3= x/8 
  x>>4=x/16

使用：

位運算幫助類

using System;
using System.Linq;

namespace BitwiseDemo.Utilities
{
    /// <summary>
    /// 位運算校驗幫助類
    /// </summary>
    public class BitwiseOperationHelper
    {
        /// <summary>
        /// 驗證整數是否為2的冪級
        /// </summary>
        /// <remarks></remarks>
        /// <param name="n"></param>
        /// <returns></returns>
        public static bool ValidateValuePower(long n)
        {
            return (n & (n - 1)) == 0;
        }

        /// <summary>
        /// 獲取2的n次方值
        /// </summary>
        /// <param name="n">n次方值</param>
        /// <returns></returns>
        public static long GetValuePower(int n)
        {
            return (long)System.Math.Pow(2, n);
        }
        /// <summary>
        /// 獲取二進制數
        /// </summary>
        /// <param name="n"></param>
        /// <returns></returns>
        public static string GetBinaryValue(long n)
        {
            return Convert.ToString(n, 2);
        }

        /// <summary>
        /// 生成位運算數值
        /// </summary>
        /// <param name="list">權限值</param>
        /// <remarks>每個值執行或操作（value = value | n）</remarks>
        /// <returns></returns>
        public static long GenerateBitwise(params long[] list)
        {
            if (list == null)
                throw new Exception("值數組不允許為空");
            long value = 0;
            list.ToList().ForEach(n =>
            {
                if (!ValidateValuePower(n))
                    throw new Exception($"值 {n} 為無效的值，不是2的冪級");
                if (n < 0 || n > 4611686018427387904)
                    throw new Exception($"鑒權值 {n} 應大於 0 小於 4611686018427387904");
                value |= n;
            });
            return value;
        }
        /// <summary>
        /// 添加位值
        /// </summary>
        /// <param name="oldValue">原位數值</param>
        /// <param name="value">新加入的位值</param>
        /// <remarks>value = oldValue | newValue</remarks>
        /// <returns></returns>
        public static long AddBitwise(long oldValue, long value)
        {
            if (!ValidateValuePower(value))
                throw new Exception($"值 {value} 為無效的值，不是2的冪級");

            if (value < 0 || value > 4611686018427387904)
                throw new Exception($"值 {value} 應大於 0 小於 4611686018427387904");
            long returnValue = oldValue | value;
            return returnValue;
        }
        /// <summary>
        /// 移除位值
        /// </summary>
        /// <param name="oldValue">鑒權碼</param>
        /// <param name="value">權限值（2的冪級）</param>
        /// <remarks>code = authCode & (~auth)</remarks>
        /// <returns></returns>
        public static long RemoveBitwise(long oldValue, long value)
        {
            if (!ValidateValuePower(value))
                throw new Exception($"值 {value} 無效");

            if (value < 0 || value > 4611686018427387904)
                throw new Exception($"值 {value} 應在 0 與 4611686018427387904 之間");

            long returnValue = oldValue & (~value);
            return returnValue;
        }

        /// <summary>
        /// 驗證位值是否存在
        /// </summary>
        /// <param name="oldValue">原位值</param>
        /// <param name="value">值（2的冪級）</param>
        /// <remarks>value == (oldValue & value)</remarks>
        /// <returns></returns>
        public static bool ValidateBitwise(long oldValue, long value)
        {
            if (!ValidateValuePower(value))
                throw new Exception($"值 {value} 為無效的值");

            if (oldValue <= 0 || value <= 0)
                return false;

            return value == (oldValue & value);
        }
    }
}

 

示例：

        public void ValidateBitwise()
        {
            #region 測試位運算
            var validate = BitwiseOperationHelper.ValidateValuePower(3);
            Console.WriteLine($"validate:{validate}");

            //獲取枚舉值的冪次方
            var valuePower = BitwiseOperationHelper.GetValuePower((int)UserRight.Add);
            Console.WriteLine($"valuePower:{valuePower}");

            //獲取枚舉的二進制數
            var binary = BitwiseOperationHelper.GetBinaryValue(2);
            Console.WriteLine($"binary:{binary}");

            var binaryValue = BitwiseOperationHelper.GenerateBitwise(new long[] { (int)UserRight.Add, (int)UserRight.Update, (int)UserRight.View });
            var f = BitwiseOperationHelper.ValidateBitwise(binaryValue, (int)UserRight.Delete);
            var t = BitwiseOperationHelper.ValidateBitwise(binaryValue, (int)UserRight.Update);
            Console.WriteLine($"f:{f},t:{t}");
            #endregion
        }

使用到的枚舉

public enum UserRight
    {
        Add = 1 << 0,
        Update = 1 << 1,
        View = 1 << 2,
        Delete = 1 << 3
    }

　　

結語：

　　善於總結，才能進步更快