聊一聊C++中的位操作符("C++位操作符详解：深入探讨位运算技巧与应用")

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ithorizon 6个月前 (10-20) 阅读数 21 #后端开发

C++位操作符详解：深入探讨位运算技巧与应用

一、位操作符简介

在C++中，位操作符是一种直接对整数类型数据的位进行操作的技术。位操作符在嵌入式系统、算法优化、网络编程等领域有着广泛的应用。本文将详细介绍C++中的位操作符，以及怎样使用它们来节约代码的高效和性能。

二、C++中的位操作符

C++提供了以下几种位操作符：

& - 按位与（AND）

| - 按位或（OR）

^ - 按位异或（XOR）

~ - 按位取反（NOT）

<< - 左移

>> - 右移

三、按位与（&）操作符

按位与操作符会对两个数的每一位进行与运算。如果两个对应的位都是1，那么因此位为1；否则，因此位为0。


    int a = 5;  // 二进制： 0000 0101
    int b = 3;  // 二进制： 0000 0011
    int result = a & b;  // 二进制： 0000 0001
    // result = 1

四、按位或（|）操作符

按位或操作符会对两个数的每一位进行或运算。如果两个对应的位中至少有一个是1，那么因此位为1；否则，因此位为0。


    int a = 5;  // 二进制： 0000 0101
    int b = 3;  // 二进制： 0000 0011
    int result = a | b;  // 二进制： 0000 0111
    // result = 7

五、按位异或（^）操作符

按位异或操作符会对两个数的每一位进行异或运算。如果两个对应的位不同，那么因此位为1；如果相同，因此位为0。


    int a = 5;  // 二进制： 0000 0101
    int b = 3;  // 二进制： 0000 0011
    int result = a ^ b;  // 二进制： 0000 0110
    // result = 6

六、按位取反（~）操作符

按位取反操作符会对一个数的所有位进行取反操作。即，将1变为0，将0变为1。


    int a = 5;  // 二进制： 0000 0101
    int result = ~a;  // 二进制： 1111 1010
    // result = -6 (在补码即中)

七、左移（<<）操作符

左移操作符会将一个数的所有位向左移动指定的位数。每移动一位，相当于原数乘以2。


    int a = 5;  // 二进制： 0000 0101
    int result = a << 1;  // 二进制： 0000 1010
    // result = 10

八、右移（>>）操作符

右移操作符会将一个数的所有位向右移动指定的位数。每移动一位，相当于原数除以2。


    int a = 5;  // 二进制： 0000 0101
    int result = a >> 1;  // 二进制： 0000 0010
    // result = 2

九、位操作技巧与应用

以下是位操作的一些常见技巧和应用：

1. 设置和清除位

使用按位或（|）操作符可以设置特定位为1，使用按位与（&）操作符和按位取反（~）可以清除特定位。


    int a = 0;  // 二进制： 0000 0000
    a |= 0x01;  // 设置最低位为1： 0000 0001
    a &= ~0x01;  // 清除最低位： 0000 0000

2. 检查特定位是否被设置

使用按位与（&）操作符可以检查特定位是否被设置。


    int a = 5;  // 二进制： 0000 0101
    if (a & 0x01) {
        // 最低位被设置
    }

3. 使用位操作进行位字段操作

位字段是结构体中的一种特殊类型，它允许我们以位为单位来操作数据。


    struct {
        unsigned int flag1 : 1;
        unsigned int flag2 : 1;
        unsigned int flag3 : 1;
    } flags;
    flags.flag1 = 1;  // 设置flag1
    flags.flag2 = 0;  // 清除flag2

4. 位操作在算法中的应用

位操作符在算法中有着广泛的应用，例如在敏捷幂运算、哈希表、布隆过滤器等。


    // 敏捷幂运算
    unsigned int power(unsigned int base, unsigned int exponent) {
        unsigned int result = 1;
        while (exponent) {
            if (exponent & 1) {
                result *= base;
            }
            base *= base;
            exponent >>= 1;
        }
        return result;
    }