Golang中的位操作方法有哪些

作者:有用网 阅读量:244 发布时间:2024-01-17
关键字 golang

这篇文章主要讲解了“Golang中的位操作方法有哪些”,文中的讲解内容简单清晰,易于学习与理解,下面请大家跟着小编的思路慢慢深入,一起来研究和学习“Golang中的位操作方法有哪些”吧!

在计算机内存昂贵,处理能力有限的美好旧时光里,用比较黑客范的位运算方式去处理信息是首选方式(某些情况下只能如此)。时至今日,直接使用位运算仍然是很多计算领域中不可或缺的部分,例如底层系统编程,图形处理,密码学等。

Go 编程语言支持以下按位运算符:

&   bitwise AND
|   bitwise OR
^   bitwise XOR
&^  AND NOT
<<  left shift
>>  right shift

本文的余下部分详述了每个操作符以及它们如何使用的案例。

& 运算符

在 Go 中,  &运算符在两个整型操作数中执行按位AND操作。AND操作具有以下属性:

Given operands a, b
AND(a, b) = 1; only if a = b = 1
               else = 0
AND运算符具有选择性的把整型数据的位清除为 0 的好的效果。 例如,我们可以使用  &运算符去清除(设置)最后 4 个最低有效位(LSB)全部为 0 。

func main() {
    var x uint8 = 0xAC    // x = 10101100
    x = x & 0xF0          // x = 10100000
}

所有的位运算都支持简写的赋值形式。 例如,前面的例子可以重写为如下。

func main() {
    var x uint8 = 0xAC    // x = 10101100
    x &= 0xF0             // x = 10100000
}

另外一个巧妙的技巧是:你可以用&操作去测试一个数字是奇数还是偶数。原因是当一个数字的二进制的最低位是 1 的时候,那他就是奇数。我们可以用一个数字和 1 进行&操作,然后在和 1 做AND运算,如果的到的结果是 1 ,那么这个原始的数字就是奇数

import (
    "fmt"
    "math/rand"
)
func main() {
    for x := 0; x < 100; x++ {
        num := rand.Int()
        if num&1 == 1 {
            fmt.Printf("%d is odd
", num)
        } else {
            fmt.Printf("%d is even
", num)
        }
    }
}

在  Playground  上运行上面的例子

| 操作符| 

对其整型操作数执行按位或操作。回想一下或操作符具备以下性质:

Given operands a, b
OR(a, b) = 1; when a = 1 or b = 1
              else = 0

我们可以利用按位或操作符为给定的整数有选择地设置单个位。例如,在如下示例中我们使用按位或将示例数(从低位到高位(MSB))中的第 3 ,第 7 和第 8 位置为 1 。

func main() {
    var a uint8 = 0
    a |= 196
    fmt.Printf("%b", a)
}

// 打印结果  11000100
            ^^   ^

练习场中可运行范例。

在使用位掩码技术为给定的整型数字设置任意位时,或运算非常有用。例如,我们可以扩展之前的程序为变量a存储的值设置更多的位。

func main() {
    var a uint8 = 0
    a |= 196
    a |= 3
    fmt.Printf("%b", a)
}

// 打印结果 11000111

在练习场中可以运行范例。

在前面的程序里,不仅要按位设置十进制的 196,而且要设置低位上的十进制 3。我们还可以继续(或上更多的值)设置完所有的位。

位运算的配置用法

现在,回顾一下AND(a, 1) = a 当且仅当 a = 1。 我们可以利用这个特性去查询其设置位的值。例如,在上述代码中a & 196会返回 196 是因为这几位的值在a中确实都存在。所以我们可以结合使用OR和  AND运算的方式来分别设置和读取某位的配置值。.

接下来的源码片段演示了这个操作。函数procstr会转换字符串的内容。它需要两个参数:第一个,str,是将要被转换的字符串,第二个,conf,是一个使用位掩码的方式指定多重转换配置的整数。

const (
    UPPER  = 1 // 大写字符串
    LOWER  = 2 // 小写字符串
    CAP    = 4 // 字符串单词首字母大写
    REV    = 8 // 反转字符串
)

func main() {
    fmt.Println(procstr("HELLO PEOPLE!", LOWER|REV|CAP))
}

func procstr(str string, conf byte) string {
    // 反转字符串
    rev := func(s string) string {
        runes := []rune(s)
        n := len(runes)
        for i := 0; i < n/2; i++ {
            runes[i], runes[n-1-i] = runes[n-1-i], runes[i]
        }
        return string(runes)
    }

    // 查询配置中的位操作
    if (conf & UPPER) != 0 {
        str = strings.ToUpper(str)
    }
    if (conf & LOWER) != 0 {
        str = strings.ToLower(str)
    }
    if (conf & CAP) != 0 {
        str = strings.Title(str)
    }
    if (conf & REV) != 0 {
        str = rev(str)
    }
    return str
}

在 Playground上面运行代码.

上面的procstr("HELLO PEOPLE!", LOWER|REV|CAP)方法会把字符串变成小写,然后反转字符串,最后把字符串里面的单词首字母变成大写。这个功能是通过设置conf里的第二,三,四位的值为 14 来完成的。然后代码使用连续的 if 语句块来获取这些位操作进行对应的字符串转换。

^ 操作符

在 Go 中  按位异或操作是用^来表示的。异或

运算符有如下的特点:

Given operands a, b
XOR(a, b) = 1; only if a != b
     else = 0
异或运算的这个特性可以用来把二进制位的一个值变成另外一个值。举个例子,给到一个 16 进制的值,我们可以使用以下代码切换前8位(从 MSB 开始)的值。

func main() {
    var a uint16 = 0xCEFF
    a ^= 0xFF00 // same a = a ^ 0xFF00
}

// a = 0xCEFF   (11001110 11111111)
// a ^=0xFF00   (00110001 11111111)

在前面的代码片段中,与 1 进行异或的位被翻转(从 0 到 1 或从 1 到  0)。异或

运算的一个实际用途,例如,可以利用异或运算去比较两个数字的符号是否一样。当(a ^ b) ≥ 0(或相反符号的(a ^ b) < 0)为true的时候,两个整数 a,b 具有相同的符号,如下面的程序所示:

func main() {
    a, b := -12, 25
    fmt.Println("a and b have same sign?", (a ^ b) >= 0)
}

在 Go 的 Playground运行代码。

当执行上面这个程序的时候,将会打印出:a and b have same sign? false。在 Go Playground 上修改程序里 a ,b 的符号,以便看到不同的结果。

^ 作为取反位运算符 (非)

不像其他语言 (c/c++,Java,Python,Javascript,等), Go 没有专门的一元取反位运算符。取而代之的是,XOR运算符^,也可作为一元取反运算符作用于一个数字。对于给定位 x,在 Go 中 x = 1 ^ x 可以翻转该位。在以下的代码段中我们可以看到使用^a获取变量a的取反值的操作。

func main() {
    var a byte = 0x0F
    fmt.Printf("%08b
", a)
    fmt.Printf("%08b
", ^a)
}

// 打印结果
00001111     // var a
11110000     // ^a

在练习场中可以运行范例。

&^ 操作符

&^操作符意为与非,是与和非
操作符的简写形式,它们定义如下。

Given operands a, b
AND_NOT(a, b) = AND(a, NOT(b))

如果第二个操作数为 1 那么它则具有清除第一个操作数中的位的趣味特性。

AND_NOT(a, 1) = 0; clears a
AND_NOT(a, 0) = a;

接下来的代码片段使用AND NOT操作符,将变量值1010 1011变为1010 0000,清除了操作数上的低四位。

func main() {
    var a byte = 0xAB
     fmt.Printf("%08b
", a)
     a &^= 0x0F
     fmt.Printf("%08b
", a)
}

// 打印:
10101011
10100000

在练习场中运行范例。

<< 和 >> 操作符

与其他 C 的衍生语言类似, Go 使用<<和>>

来表示左移运算符和右移运算符,如下所示:

Given integer operands a and n,
a << n; shifts all bits in a to the left n times
a >> n; shifts all bits in a to the right n times

例如,在下面的代码片段中变量a(00000011)的值将会左移位运算符分别移动三次。每次输出结果都是为了说明左移的目的。

func main() {
    var a int8 = 3
    fmt.Printf("%08b
", a)
    fmt.Printf("%08b
", a<<1)
    fmt.Printf("%08b
", a<<2)
    fmt.Printf("%08b
", a<<3)
}

// 输出的结果:
00000011
00000110
00001100
00011000

在 Playground 运行代码

注意每次移动都会将低位右侧补零。相对应,使用右移位操作符进行运算时,每个位均向右方移动,空出的高位补零,如下示例 (有符号数除外,参考下面的算术移位注释)。

func main() {
 var a uint8 = 120
 fmt.Printf("%08b
", a)
 fmt.Printf("%08b
", a>>1)
 fmt.Printf("%08b
", a>>2)
}

// 打印:
01111000
00111100
00011110

在 练习场中可以运行范例。

可以利用左移和右移运算中,每次移动都表示一个数的 2 次幂这个特性,来作为某些乘法和除法运算的小技巧。例如,如下代码中,我们可以使用右移运算将200(存储在变量 a 中)除以 2 。

func main() {
    a := 200
    fmt.Printf("%d
", a>>1)
}

// 打印:
100

在 练习场 中可以运行范例。

或是通过左移 2 位,将一个数乘以4:

func main() {
    a := 12
    fmt.Printf("%d
", a<<2)
}
// 打印:

48

在 练习场 中可以运行范例。

位移运算符提供了有趣的方式处理二进制值中特定位置的值。例如,下列的代码中,|和<<用于设置变量a的第三个 bit 位。

func main() {
    var a int8 = 8
    fmt.Printf("%08b
", a)
    a = a | (1<<2)
    fmt.Printf("%08b
", a)
}
// prints:
00001000
00001100

可以在 练习场 中运行代码示例。

或者,您可以组合位移运算符和&测试是否设置了第n位,如下面示例所示:

func main() {
    var a int8 = 12
    if a&(1<<2) != 0 {
        fmt.Println("take action")
    }
}

// 打印:
take action

在 练习场中运行代码。

使用  &^和位移运算符,我们可以取消设置一个值的某个位。例如,下面的示例将变量 a 的第三位置为 0 :

func main() {
    var a int8 = 13 
    fmt.Printf("%04b
", a)
    a = a &^ (1 << 2)
    fmt.Printf("%04b
", a)
}

// 打印:
1101
1001

在 练习场 中运行代码。

关于算术位移运算的笔记

当要位移的值(左操作数)是有符号值时,Go 自动应用算术位移。在右移操作期间,复制(或扩展)二进制补码符号位以填充位移的空隙。


#发表评论
提交评论