Golang中的位操作實例代碼分析

本篇內(nèi)容介紹了“Golang中的位操作實例代碼分析”的有關(guān)知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細(xì)閱讀，能夠?qū)W有所成！

在計算機(jī)內(nèi)存昂貴，處理能力有限的美好舊時光里，用比較黑客范的位運算方式去處理信息是首選方式（某些情況下只能如此）。時至今日，直接使用位運算仍然是很多計算領(lǐng)域中不可或缺的部分，例如底層系統(tǒng)編程，圖形處理，密碼學(xué)等。

Go 編程語言支持以下按位運算符：

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

本文的余下部分詳述了每個操作符以及它們?nèi)绾问褂玫陌咐?/p>

& 運算符

在 Go 中，  & 運算符在兩個整型操作數(shù)中執(zhí)行按位 AND 操作。AND 操作具有以下屬性:

Given operands a, b
AND(a, b) = 1; only if a = b = 1
               else = 0

AND 運算符具有選擇性的把整型數(shù)據(jù)的位清除為 0 的好的效果。 例如，我們可以使用  & 運算符去清除（設(shè)置）最后 4 個最低有效位（LSB）全部為 0 。

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

所有的位運算都支持簡寫的賦值形式。 例如，前面的例子可以重寫為如下。

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

另外一個巧妙的技巧是：你可以用 & 操作去測試一個數(shù)字是奇數(shù)還是偶數(shù)。原因是當(dāng)一個數(shù)字的二進(jìn)制的最低位是 1 的時候，那他就是奇數(shù)。我們可以用一個數(shù)字和 1 進(jìn)行 & 操作，然后在和 1 做 AND 運算，如果的到的結(jié)果是 1 ，那么這個原始的數(shù)字就是奇數(shù)

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

在  Playground  上運行上面的例子

| 操作符

| 對其整型操作數(shù)執(zhí)行按位或操作?；叵胍幌?code>或操作符具備以下性質(zhì)：

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

我們可以利用按位或操作符為給定的整數(shù)有選擇地設(shè)置單個位。例如，在如下示例中我們使用按位或將示例數(shù)（從低位到高位（MSB））中的第 3 ，第 7 和第 8 位置為 1 。

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

// 打印結(jié)果  11000100
            ^^   ^

練習(xí)場中可運行范例。

在使用位掩碼技術(shù)為給定的整型數(shù)字設(shè)置任意位時，或運算非常有用。例如，我們可以擴(kuò)展之前的程序為變量 a 存儲的值設(shè)置更多的位。

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

// 打印結(jié)果 11000111

在練習(xí)場中可以運行范例。

在前面的程序里，不僅要按位設(shè)置十進(jìn)制的 196，而且要設(shè)置低位上的十進(jìn)制 3。我們還可以繼續(xù)（或上更多的值）設(shè)置完所有的位。

位運算的配置用法

現(xiàn)在，回顧一下 AND(a, 1) = a 當(dāng)且僅當(dāng) a = 1。 我們可以利用這個特性去查詢其設(shè)置位的值。例如，在上述代碼中 a & 196 會返回 196 是因為這幾位的值在 a 中確實都存在。所以我們可以結(jié)合使用 OR 和  AND 運算的方式來分別設(shè)置和讀取某位的配置值。.

接下來的源碼片段演示了這個操作。函數(shù) procstr 會轉(zhuǎn)換字符串的內(nèi)容。它需要兩個參數(shù)：第一個， str，是將要被轉(zhuǎn)換的字符串，第二個， conf，是一個使用位掩碼的方式指定多重轉(zhuǎn)換配置的整數(shù)。

const (
    UPPER  = 1 // 大寫字符串
    LOWER  = 2 // 小寫字符串
    CAP    = 4 // 字符串單詞首字母大寫
    REV    = 8 // 反轉(zhuǎn)字符串
)

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

func procstr(str string, conf byte) string {
    // 反轉(zhuǎn)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)
    }

    // 查詢配置中的位操作
    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上面運行代碼.

上面的 procstr("HELLO PEOPLE!", LOWER|REV|CAP) 方法會把字符串變成小寫，然后反轉(zhuǎn)字符串，最后把字符串里面的單詞首字母變成大寫。這個功能是通過設(shè)置 conf 里的第二，三，四位的值為 14 來完成的。然后代碼使用連續(xù)的 if 語句塊來獲取這些位操作進(jìn)行對應(yīng)的字符串轉(zhuǎn)換。

^ 操作符

在 Go 中  按位 異或 操作是用 ^ 來表示的。 異或運算符有如下的特點：

Given operands a, b
XOR(a, b) = 1; only if a != b
     else = 0

異或運算的這個特性可以用來把二進(jìn)制位的一個值變成另外一個值。舉個例子,給到一個 16 進(jìn)制的值，我們可以使用以下代碼切換前8位（從 MSB 開始）的值。

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

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

在前面的代碼片段中，與 1 進(jìn)行異或的位被翻轉(zhuǎn)（從 0 到 1 或從 1 到  0）。異或 運算的一個實際用途，例如，可以利用 異或運算去比較兩個數(shù)字的符號是否一樣。當(dāng) (a ^ b) ≥ 0 （或相反符號的 (a ^ b) < 0 ）為 true 的時候,兩個整數(shù) a，b 具有相同的符號，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運行代碼。

當(dāng)執(zhí)行上面這個程序的時候，將會打印出：a and b have same sign? false。在 Go Playground 上修改程序里 a ，b 的符號，以便看到不同的結(jié)果。

^ 作為取反位運算符 （非）

不像其他語言 （c/c++，Java，Python，Javascript，等）， Go 沒有專門的一元取反位運算符。取而代之的是，XOR 運算符 ^，也可作為一元取反運算符作用于一個數(shù)字。對于給定位 x，在 Go 中 x = 1 ^ x 可以翻轉(zhuǎn)該位。在以下的代碼段中我們可以看到使用 ^a 獲取變量 a 的取反值的操作。

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

// 打印結(jié)果
00001111     // var a
11110000     // ^a

在練習(xí)場中可以運行范例。

&^ 操作符

&^ 操作符意為 與非，是 與 和 非 操作符的簡寫形式，它們定義如下。

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

如果第二個操作數(shù)為 1 那么它則具有清除第一個操作數(shù)中的位的趣味特性。

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

接下來的代碼片段使用 AND NOT 操作符，將變量值1010 1011變?yōu)?1010 0000，清除了操作數(shù)上的低四位。

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

// 打?。?
10101011
10100000

在練習(xí)場中運行范例。

<< 和 >> 操作符

與其他 C 的衍生語言類似， Go 使用 << 和 >> 來表示左移運算符和右移運算符，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，在下面的代碼片段中變量 a （00000011）的值將會左移位運算符分別移動三次。每次輸出結(jié)果都是為了說明左移的目的。

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

// 輸出的結(jié)果:
00000011
00000110
00001100
00011000

在 Playground 運行代碼

注意每次移動都會將低位右側(cè)補(bǔ)零。相對應(yīng)，使用右移位操作符進(jìn)行運算時，每個位均向右方移動，空出的高位補(bǔ)零，如下示例 （有符號數(shù)除外，參考下面的算術(shù)移位注釋）。

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

// 打印：
01111000
00111100
00011110

在 練習(xí)場中可以運行范例。

可以利用左移和右移運算中，每次移動都表示一個數(shù)的 2 次冪這個特性，來作為某些乘法和除法運算的小技巧。例如，如下代碼中，我們可以使用右移運算將 200（存儲在變量 a 中）除以 2 。

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

// 打印：
100

在 練習(xí)場 中可以運行范例。

或是通過左移 2 位，將一個數(shù)乘以4：

func main() {
    a := 12
    fmt.Printf("%d\n", a<<2)
}
// 打?。?

48

在 練習(xí)場 中可以運行范例。

位移運算符提供了有趣的方式處理二進(jìn)制值中特定位置的值。例如，下列的代碼中，| 和 << 用于設(shè)置變量 a 的第三個 bit 位。

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

可以在 練習(xí)場 中運行代碼示例。

或者，您可以組合位移運算符和 & 測試是否設(shè)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 練習(xí)場中運行代碼。

使用  &^ 和位移運算符，我們可以取消設(shè)置一個值的某個位。例如，下面的示例將變量 a 的第三位置為 0 ：

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

// 打印:
1101
1001

在 練習(xí)場 中運行代碼。

關(guān)于算術(shù)位移運算的筆記

當(dāng)要位移的值（左操作數(shù)）是有符號值時，Go 自動應(yīng)用算術(shù)位移。在右移操作期間，復(fù)制（或擴(kuò)展）二進(jìn)制補(bǔ)碼符號位以填充位移的空隙。

“Golang中的位操作實例代碼分析”的內(nèi)容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業(yè)相關(guān)的知識可以關(guān)注億速云網(wǎng)站，小編將為大家輸出更多高質(zhì)量的實用文章！