我們已經知道計算機是基于二進制實現操作計算機的源頭是二進制,一些你不知道的知識。,我們來看看,計算機語言中針對二進制的位操作。這裡的位操作,也叫作位運算,就是直接對内存中的二進制位進行操作。
其中二進制位操作主要分為:移位操作和邏輯操作。常見的二進制移位操作包括向左移位和向右移位,二進制邏輯操作有“或”“與”“異或”。下面我們一一來看。
向左移位在不考慮數字溢出的情況下,二進制 111101 向左移一位,就是在末尾添加一位 0,因此 111101 就變成了 1111010.
什麼是數字溢出?定義:二進制數的位數超過了系統所指定的位數。
現在的操作系統至少支持32 位的整型數字,而 1111010 遠遠沒有超過 32 位,所以不會發生溢出。
如果進行左移操作的二進制已經超出了 32 位,左移後數字就會溢出,需要将溢出的位數去除。
在這個例子中,如果将 1101010 換算為十進制,就是 106,你有沒有發現,106 正好是 53 的 2 倍。所以,我們可以得出一個結論:二進制左移一位,其實就是将數字翻倍。
向右移位二進制 110101 向右移一位,就是去除末尾的那一位,因此 110101 就變成了 11010(最前面的 0 可以省略)。我們将 11010 換算為十進制,就是 26,正好是 53 除以 2 的整數商。所以二進制右移一位,就是将數字除以 2 并求整數商的操作。
Python實現移位操作
下面我們來看看,用代碼如何進行移位操作。
左移:
左移運算符 m << n 表示把 m 左移 n 位。在左移 n 位的時候,最左邊的 n 位将被丢棄,同時在最右邊補上 n 個 0 。比如:
00001010 << 2 = 00101000
10001010 << 3 = 01010000
Python 代碼【結果有點不一樣】:
>>> bin(int('0b00001010', 2) << 2).replace('0b', '').zfill(8)
'00101000'
>>> bin(int('0b10001010', 2) << 3).replace('0b', '').zfill(8)
'10001010000'
>>> bin(-int('0b00001010', 2) << 2).replace('0b', '').zfill(8)
'-0101000'
右移:
右移運算符 m >> n 表示把 m 右移 n 位。在右移 n 位的時候,最右邊的 n 位将被丢棄。但右移時處理最左邊位的情形要複雜一點。如果數字是一個無符号樹值,則用 0 填補最左邊的 n 位;如果數字是一個有符号數值,則用數字的符号位填補最左邊的 n 位。也就是說,如果數字原先是一個正數,則右移之後在最左邊補 n 個 0 ;如果數字原先是負數,則右移之後在最左邊補 n 個 1 。
下面是對兩個 8 位有符号數進行右移的例子:
00001010 >> 2 = 00000010
10001010 >> 3 = 11110001
Python 代碼【結果有點不一樣】:
>>> bin(int('0b10001010', 2) >> 2).replace('0b', '').zfill(8)
'00100010'
>>> bin(int('0b10001010', 2) >> 3).replace('0b', '').zfill(8)
'00010001'
>>> bin(-int('0b10001010', 2) >> 3).replace('0b', '').zfill(8)
'-0010010'
二進制的“1”和“0”分别對應邏輯中的“真”和“假”,因此可以針對位進行邏輯操作。
邏輯“或”的意思是,參與操作的位中隻要有一個位是 1,那麼最終結果就是 1,也就是“真”。如果我們将二進制 110101 和 100011 的每一位對齊,進行按位的“或”操作,就會得到 110111。
位的“與”
同理,我們也可以針對位進行邏輯“與”的操作。“與”的意思是,參與操作的位中必須全都是 1,那麼最終結果才是 1(真),否則就為 0(假)。如果我們将二進制 110101 和 100011 的每一位對齊,進行按位的“與”操作,就會得到 100001。
位的“異或”
邏輯“異或”和“或”有所不同,它具有排異性,也就是說如果參與操作的位相同,那麼最終結果就為 0(假),否則為 1(真)。所以,如果要得到 1,參與操作的兩個位必須不同,這就是此處“異”的含義。我們将二進制 110101 和 100011 的每一位對齊,進行按位的“異或”操作,可以得到結果是 10110。
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