math - 一些运营商之间的区别 "|"、 "^"、 "&"、 "&^"。戈朗

Question

最近读了golang规范，遇到了一些有趣的操作符:

&    bitwise AND            integers
|    bitwise OR             integers
^    bitwise XOR            integers
&^   bit clear (AND NOT)    integers

我试过玩它，但我唯一理解的是“|”添加整数和“+”运算符还可以处理 float 、字符串等。

它们在实践中的用途是什么？谁能解释一下上面这4个操作符？

Answer 1

当您必须处理字节级或位级数据时，位运算符会发挥作用。

在这里，我列出了一些使用位操作和代码示例的示例(不分先后):

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1.它们很常见，并且是密码学和散列函数中许多算法的一部分(例如MD5)。

2. 如果您想“节省”空间并且将多个“ bool ”变量打包到一个int中，它们也经常被使用例如，您为每个 bool 变量分配一个位。您必须使用位运算符才能单独更改/读取位。

例如将 8 位/ bool 值打包成一个 int:

flags := 0x00  // All flags are 0
flags |= 0x02  // Turn the 2nd bit to 1 (leaving rest unchanged)
flags |= 0xff  // Turn 8 bits (0..7) to 1
flags &= 0xfe  // Set the lowest bit to 0 (leaving rest unchanged)

istrue := flags&0x04 != 0 // Test if 3rd bit is 1

3. 另一个领域是压缩数据，您希望在其中充分利用 byte 并使用其所有位来存储/检索一些信息(位是计算和数字通信中信息的基本单位)。

4. 类似于压缩但不完全相同:比特流。它还用于通过不发送完整字节而是发送具有任意位长度的字段来节省数据流中的空间。

我已经编写并发布了一个高度优化的位级读写器包，在此处开源:github.com/icza/bitio .您将在其源代码中看到各种位操作的广泛使用。

5.另一个实际用法:测试(整数)数字的某些属性。知道整数的二进制表示(Two's complement)，数字在二进制表示中具有某些特征。例如，如果最低位为 0，则整数(在 2 的补码中)是 偶数(可以被 2 除):

func isEven(i int) bool {
    return i&0x01 == 0
}

通过测试整数的位，您还可以判断它是否是 2 的幂。例如，如果一个正数只包含一个 1 位，那么它是 2 的幂(例如 2 = 0x02 = 00000010b, 16 = 0x10 = 00010000 但例如 17 = 0x11 = 00010001 不是 2 的幂。

6. 许多编码/解码程序也使用位操作。最琐碎的是UTF-8 encoding它使用可变长度编码将 unicode 代码点(Go 中的 rune)表示为字节序列。
可变长度编码的一个简单变体可能是使用字节的最高位(如果索引为 0，则为第 8 位或第 7 位)来表示是否需要更多字节来解码一个数字，其余 7 位始终是“有用的” “数据。您可以像这样测试最高位并“分离” 7 个有用的位:

b := readOneByte()
usefulBits := b & 0x7f
hasMoreBytes := b & 0x80 != 0

使用这种变长编码的好处是，即使你在 Go 中使用 uint64 类型，在内存中是 8 个字节，仍然可以用更少的字节来表示小数字(数字在范围 0..127 只需要 1 个字节!)。如果您要存储或传输的样本有许多小值，仅此一项就可以将数据压缩到 1/8th = 12.5 %。不利的一面是大数字(即使在最高字节中也有位)将使用超过 8 个字节。是否值得取决于样本的启发式。

X. 名单还在继续……

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如果不知道/使用 Go(以及许多其他编程语言)中的位运算符，你能活下去吗？答案是肯定的。但如果您了解它们，有时它们可​​以让您的生活更轻松，让您的程序更有效率。

如果您想了解有关该主题的更多信息，请阅读 Wikipedia 文章:Bitwise operation和google这个词“位运算符教程”，有很多好文章。