位運算應用技巧

位運算應用口訣

清零取位要用與,某位置一可用或

若要取反和交換,輕輕鬆鬆用異或

移位運算

要點 1 它們都是雙目運算符,兩個運算分量都是整形,結果也是整形。

     2 "<<" 左移:右邊空出的位上補0,左邊的位將從字頭擠掉,其值相當於乘2。

     3 ">>"右移:右邊的位被擠掉。對於左邊移出的空位,如果是正數則空位補0,若爲負數,可能補0或補1,這取決於所用的計算機系統。

     4 ">>>"運算符,右邊的位被擠掉,對於左邊移出的空位一概補上0。

位運算符的應用 (源操作數s 掩碼mask)

(1) 按位與-- &

1 清零特定位 (mask中特定位置0,其它位爲1,s=s&mask)

2 取某數中指定位 (mask中特定位置1,其它位爲0,s=s&mask)

(2) 按位或-- |

    常用來將源操作數某些位置1,其它位不變。 (mask中特定位置1,其它位爲0 s=s|mask)

(3) 位異或-- ^

1 使特定位的值取反 (mask中特定位置1,其它位爲0 s=s^mask)

2 不引入第三變量,交換兩個變量的值 (設 a=a1,b=b1)

    目 標           操 作              操作後狀態

a=a1^b1         a=a^b              a=a1^b1,b=b1

b=a1^b1^b1      b=a^b              a=a1^b1,b=a1

a=b1^a1^a1      a=a^b              a=b1,b=a1

二進制補碼運算公式:

-x = ~x + 1 = ~(x-1)

~x = -x-1

-(~x) = x+1

~(-x) = x-1

x+y = x - ~y - 1 = (x|y)+(x&y)

x-y = x + ~y + 1 = (x|~y)-(~x&y)

x^y = (x|y)-(x&y)

x|y = (x&~y)+y

x&y = (~x|y)-~x

x==y:    ~(x-y|y-x)

x!=y:    x-y|y-x

x< y:    (x-y)^((x^y)&((x-y)^x))

x<=y:    (x|~y)&((x^y)|~(y-x))

x< y:    (~x&y)|((~x|y)&(x-y))//無符號x,y比較

x<=y:    (~x|y)&((x^y)|~(y-x))//無符號x,y比較

應用舉例

(1) 判斷int型變量a是奇數還是偶數           

a&1   = 0 偶數

       a&1 =   1 奇數

(2) 取int型變量a的第k位 (k=0,1,2……sizeof(int)),即a>>k&1

(3) 將int型變量a的第k位清0,即a=a&~(1<<k)

(4) 將int型變量a的第k位置1, 即a=a|(1<<k)

(5) int型變量循環左移k次,即a=a<<k|a>>16-k   (設sizeof(int)=16)

(6) int型變量a循環右移k次,即a=a>>k|a<<16-k   (設sizeof(int)=16)

(7)整數的平均值

對於兩個整數x,y,如果用 (x+y)/2 求平均值,會產生溢出,因爲 x+y 可能會大於INT_MAX,但是我們知道它們的平均值是肯定不會溢出的,我們用如下算法:

int average(int x, int y)   //返回X,Y 的平均值

{   

     return (x&y)+((x^y)>>1);

}

(8)判斷一個整數是不是2的冪,對於一個數 x >= 0,判斷他是不是2的冪

boolean power2(int x)

{

    return ((x&(x-1))==0)&&(x!=0);

}

(9)不用temp交換兩個整數

void swap(int x , int y)

{

    x ^= y;

    y ^= x;

    x ^= y;

}

(10)計算絕對值

int abs( int x )

{

int y ;

y = x >> 31 ;

return (x^y)-y ;        //or: (x+y)^y

}

(11)取模運算轉化成位運算 (在不產生溢出的情況下)

         a % (2^n) 等價於 a & (2^n - 1)

(12)乘法運算轉化成位運算 (在不產生溢出的情況下)

         a * (2^n) 等價於 a<< n

(13)除法運算轉化成位運算 (在不產生溢出的情況下)

         a / (2^n) 等價於 a>> n

        例: 12/8 == 12>>3

(14) a % 2 等價於 a & 1       

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

            else x= a;

        等價於 x= a ^ b ^ x;

(16) x 的 相反數 表示爲 (~x+1)

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