1. 开头一问
本文开始前,先给出站长前几天面试,一位面试官C语言大佬给的一题:
int i = 255;
i <<= 24;
i >>= 24;
问题:
- 最终
i
等于多少? - 如果
i
是uint
类型,最终i
结果是多少?
2. C#位运算
C#位运算是一种强大的工具,可以在处理二进制数据和位操作时发挥重要作用。通过使用位运算符,我们可以对整数进行位级别的操作,如位与、位或、位异或和位取反等。位运算可以用于优化性能、压缩数据、实现位掩码和位标志等。了解和掌握C#位运算的基本原理和常见应用场景,将使我们能够更高效地处理二进制数据,并在某些情况下提高代码的性能和可读性。通过深入理解C#位运算,我们可以在编程中发挥更大的创造力和灵活性。
本节内容主要参考文章:C# 中使用位运算(与、或、非 & | ^)进行数据校验和c# 位运算符_c#位运算符-CSDN博客。
要学会位运算,首先要清楚什么是位运算?程序中的所有内容在计算机内存中都是以二进制的形式储存的(即:0或1),位运算就是直接对在内存中的二进制数的每位进行运算操作。
在C#中可以对整型运算对象按位进行逻辑运算。按位进行逻辑运算的意义是:依次取被运算对象的每个位,进行逻辑运算,每个位的逻辑运算结果是结果值的每个位。C#支持的位逻辑运算符如表所示。
运算符号 | 意义 | 运算对象类型 | 运算结果类型 | 对象数 | 实例 |
---|---|---|---|---|---|
~ | 位逻辑非运算,按位取反 | 整型,字符型 | 整型 | 1 | ~a |
& | 位逻辑与运算,其实与&&逻辑运算符有一致的地方 | 同上 | 同上 | 2 | a & b |
| | 位逻辑或运算,同样与||有类似的地方 | 同上 | 同上 | 2 | a | b |
^ | 位逻辑异或运算 | 同上 | 同上 | 2 | a ^ b |
<< | 位左移运算 | 同上 | 同上 | 2 | a<<4 |
>> | 位右移运算 | 同上 | 同上 | 2 | a>>2 |
2.1. ~:位逻辑非运算
位逻辑非运算是单目的,只有一个运算对象。位逻辑非运算按位对运算对象的值进行非运算,即:如果某一位等于0,就将其转变为1;如果某一位等于1,就将其转变为0。
比如,对二进制的10010001进行位逻辑非运算,结果等于01101110,用十进制表示就是:
145等于110;对二进制的01010101进行位逻辑非运算,结果等于10101010。用十进制表示就是85等于176。
int a = 1001 0001; // 十进制:145
int b = ~a; // b = 0110 1110,即十进制:110
来复杂的,看这篇文章c# 位运算符_c#位运算符-CSDN博客:
int a = 13;
int b = -14;
Console.WriteLine(~a); // -14
Console.WriteLine(~b); // 13;
这个是怎么操作二进制的呢,首先要要记住一些原则:
原码* | 反码 | 补码** | 取反 | |
---|---|---|---|---|
正数 | 符号位+绝对值 | 原码 | 原码 | 0、1对换 |
13 | 0 1101 | 0 1101 | 0 1101 | 1 0010 |
负数 | 符号位+绝对值 | 绝对值取反 | 反码+1 | 0、1对换 |
-14 | 1 1110 | 1 0001 | 1 0010 | 0 1101 |
*:符号位的长度与类型定义有关,C#中int的符号位为1位 **:C#中数值以补码存储
以下展示两者的原码间如何转换
int b = 1 1110; // 前面的1表示符号位
反码 = 1 0001; // 符号位不变
补码 = 1 0010; // 反码加1
补码取反 = 0 1101; // 得到新的反码就是结果a,连同符号位一起反)
int a = 0 1101;
a的补码 = 0 1101;
补码取反 = 1 0010; // 此时为b的补码了
补码转反码 = 1 0001; // 即减1
反码转原码 = 1 1110; // 就是结果b的源码
经过多次实验得到一个规律就是:
~(+a)= -(a+1);(正数按位取反只需要把当前数加1然后改成负的)
~(-a)= (+a-1);(负数按位取反只需要把当前数先当做正数,然后减1得到结果)
2.2. $:位逻辑与运算
位逻辑与运算将两个运算对象按位进行与运算。与运算的规则:1与1等于1,1与0等于0。
示例代码:
int a = 13;
int b = 14;
int result = a & b; // 12
转换为二进制:
int a = 0000 1101;
int b = 0000 1110;
int result = 0000 1100;
&运算符会对二进制相同位置上面的0和1进行对比,当相同位置数字相同时就返回这个相同的数,否则就返回0,是不是和&&运算符判断两个bool 一致则返回True,否则返回False类似。所以我们得到了result这个结果,转化成十进制就是12了。
2.3. |:位逻辑或运算
位逻辑或运算将两个运算对象按位进行或运算。或运算的规则是:1或1等1,1或0等于1,
示例代码:
int a = 13;
int b = 14;
int result = a | b; // 15
转换为二进制:
int a = 0000 1101;
int b = 0000 1110;
int result = 0000 1111;
其实判断方式是一样的,只是返回的结果不一样, | 运算符判断两个二进制相同位置的0和1,只要其中一个位置的数字是1就返回1,是不是和 || 运算符同样很类似,只要一个True则返True,再把得到的结果转化成10进制就是15了。
2.4. ^:位逻辑异或运算
位逻辑异或运算将两个运算对象按位进行异或运算。异或运算的规则是:1异或1等于0,
1异或0等于1,0异或0等于0。即:相同得0,相异得1。
示例代码:
int a = 13;
int b = 14;
int result = a ^ b; // 3
转换为二进制:
int a = 0000 1101;
int b = 0000 1110;
int result = 0000 0011;
从中可以看出,^ 判断相同位置上面的数字时,如果两个数相同,不论是0还是1都返回0,如果其中一个为1就返回1。而 | 是只要有一个只要位置上一个为1就返回1,所以名字叫异或(不同的返回或)。
2.5. <<:位左移运算
位左移运算将整个数按位左移若干位,左移后空出的部分0。比如:8位的byte型变量byte a=0x65
(即二进制的01100101
),将其左移3位:a<<3
的结果是0x27
(即二进制的00101000
)。
byte a = 0110 0101;
a <<= 3;//0010 1000
将第一个操作数向左移动第二个操作数指定的位数,空出的位置补0。 左移相当于乘. 左移一位相当于乘2;左移两位相当于乘4;左移三位相当于乘8。
x<<1= x*2
x<<2= x*4
x<<3= x*8
x<<4= x*16
2.6. >>:位右移运算
位右移运算将整个数按位右移若干位,右移后空出的部分填0。比如:8位的byte型变量byte a=0x65
(既(二进制的01100101
))将其右移3位:a>>3
的结果是0x0c
(二进制00001100
)。
byte a = 0110 0101;
a >>= 3;//0000 1100
将第一个操作数向右移动第二个操作数所指定的位数,空出的位置补0。
右移相当于整除. 右移一位相当于除以2; 右移两位相当于除以4; 右移三位相当于除以8。
x>>1= x/2
x>>2= x/4
x>>3= x/8
x>>4= x/16
3. 总结及问题答案
看微软文档位运算符和移位运算符两点注意
- 位运算和移位运算永远不会导致溢出,并且不会在已检查和未检查的上下文中产生相同的结果。
- 移位运算符仅针对
int
、uint
、long
和ulong
类型定义,因此运算的结果始终包含至少 32 位。如果左侧操作数是其他整数类型(sbyte
、byte
、short
、ushort
或char
),则其值将转换为int
类型。
这里给出文章开头问题的答案及答案解析结束本文:
int i = 255; // 00000000 00000000 00000000 11111111
i <<= 24; // 11111111 00000000 00000000 00000000
i >>= 24; // 11111111 11111111 11111111 11111111;
修改i
数据类型为uint
:
uint i = 255; // 00000000 00000000 00000000 11111111
i <<= 24; // 11111111 00000000 00000000 00000000
i >>= 24; // 00000000 00000000 00000000 11111111;
int和uint
位移后结果不同的原因:
- 对于有符号整数的右移操作,会将最高位的符号位也一同右移。这意味着如果原始数值的最高位是1,那么右移后,符号位会被保留,即填充1。这种右移操作被称为算术右移。
- 对于无符号整数的右移操作,不会保留符号位,而是将最高位的0也一同右移。这种右移操作被称为逻辑右移。
本文如果有错误的地方欢迎指正,文中参考资料: