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bitewise ​

位运算的英文是 Bitwise Operations。这些操作直接作用于整数的二进制表示（位）。位运算通常包括以下几种常见类型：

常见的位运算及其英文 ​

  1. 按位与（AND）: Bitwise AND (&)

    • 对应位都为 1 时，结果为 1，否则为 0。

  2. 按位或（OR）: Bitwise OR (|)

    • 对应位只要有一个为 1，结果就为 1。

  3. 按位异或（XOR）: Bitwise XOR (^)

    • 对应位相同则结果为 0，相异则结果为 1。

  4. 按位取反（NOT）: Bitwise NOT (^ 单独符号)

    • 取反操作，将每个位的值从 1 变成 0，从 0 变成 1。

  5. 左移: Left Shift (<<)

    • 将二进制数的所有位向左移动指定的位数，右侧用 0 填充。

  6. 右移: Right Shift (>>)

    • 将二进制数的所有位向右移动指定的位数，左侧根据符号位（无符号类型用 0 填充）进行填充。

位运算的其他相关术语 ​

  • 位掩码 (Bitmask): 用于从数据中提取特定位或设置特定位的值。通常通过与运算（&）或者或运算（|）实现。

  • 二进制表示 (Binary Representation): 用于描述数字在内存中的存储方式，通常由 0 和 1 组成。

  • 补码 (Two's Complement): 用于表示带符号整数的一种方法。在计算机中，负数常用补码表示。

位运算常用于需要直接操作数据二进制位的场景，像是优化性能、实现快速计算、处理硬件、加密解密等。

在 Go 语言中，位运算是一种直接操作数字在内存中的二进制位的操作。位运算通常用于处理低层次的操作，例如控制硬件、优化性能或处理某些算法问题。Go 提供了几种常用的位运算操作符。

Go 中的位运算符 ​

  1. 按位与（AND） &

    • 对应位都为 1 时，结果为 1，否则为 0。
    • 例如：1101 & 1011 = 1001。
    go
    package main
import "fmt"

func main() {
    a := 5   // 0101
    b := 3   // 0011
    fmt.Println(a & b)  // 1, 0101 & 0011 = 0001
}

  2. 按位或（OR） |

    • 对应位只要有一个为 1，结果就为 1。
    • 例如：1101 | 1011 = 1111。
    go
    package main
import "fmt"

func main() {
    a := 5   // 0101
    b := 3   // 0011
    fmt.Println(a | b)  // 7, 0101 | 0011 = 0111
}

  3. 按位异或（XOR） ^

    • 对应位相同则结果为 0，相异则结果为 1。
    • 例如：1101 ^ 1011 = 0110。
    go
    package main
import "fmt"

func main() {
    a := 5   // 0101
    b := 3   // 0011
    fmt.Println(a ^ b)  // 6, 0101 ^ 0011 = 0110
}

  4. 按位取反（NOT） ^（单一符号）

    • 取反操作，即对每个二进制位执行反转操作，将 0 变为 1，1 变为 0。
    • 例如：^1101 = 0010。
    go
    package main
import "fmt"

func main() {
    a := 5   // 0101
    fmt.Println(^a)  // -6, ^0101 = 1010 (二进制补码表示)
}

    注意：在 Go 中，^ 作为按位取反运算符，操作的是整型变量的补码。

  5. 左移（Left Shift） <<

    • 将二进制数的位向左移动，右侧补 0，相当于乘以 2 的指定次方。
    • 例如：1010 << 2 = 100000。
    go
    package main
import "fmt"

func main() {
    a := 5  // 0101
    fmt.Println(a << 2)  // 20, 0101 << 2 = 10100
}

  6. 右移（Right Shift） >>

    • 将二进制数的位向右移动，左侧根据符号位（对于无符号类型为 0）进行填充，相当于除以 2 的指定次方。
    • 例如：10100 >> 2 = 0101。
    go
    package main
import "fmt"

func main() {
    a := 20  // 10100
    fmt.Println(a >> 2)  // 5, 10100 >> 2 = 0101
}

位运算的应用 ​

位运算在许多实际问题中非常有用，特别是在处理大规模数据时，或者当需要直接操作二进制位时。以下是一些常见的位运算应用场景：

  1. 判断奇偶：

    • 通过 & 运算可以轻松判断一个数是奇数还是偶数。偶数的最低位为 0，奇数的最低位为 1。
    go
    package main
import "fmt"

func main() {
    a := 5  // 奇数
    if a&1 == 1 {
        fmt.Println(a, "is odd")
    } else {
        fmt.Println(a, "is even")
    }
}

  2. 交换两个数（无需临时变量）：

    • 使用异或运算符 ^ 可以交换两个整数的值。
    go
    package main
import "fmt"

func main() {
    a := 3
    b := 5
    fmt.Println("Before swap:", a, b)

    a = a ^ b
    b = a ^ b
    a = a ^ b

    fmt.Println("After swap:", a, b)
}

  3. 提取某一位：

    • 使用位运算提取整数中的某一位，可以通过 & 和位掩码进行操作。
    go
    package main
import "fmt"

func main() {
    a := 5  // 0101
    fmt.Println(a & (1 << 2))  // 4, 提取第 3 位（从右到左，索引从 0 开始）
}

  4. 计算 2 的幂：

    • 左移操作可以计算 2 的幂次方。
    go
    package main
import "fmt"

func main() {
    n := 3
    fmt.Println(1 << n)  // 8, 2^3
}

  5. 快速计算除以 2 或乘以 2：

    • 对于无符号整数，右移相当于除以 2，左移相当于乘以 2。
    go
    package main
import "fmt"

func main() {
    a := 16
    fmt.Println(a >> 1)  // 8, 除以 2
    fmt.Println(a << 1)  // 32, 乘以 2
}

总结 ​

位运算在 Go 中是通过一系列运算符实现的，常见的有按位与、按位或、按位异或、按位取反、左移和右移等。位运算能够高效地解决一些低级别的数据处理问题，特别是在优化算法和控制硬件时非常有用。掌握位运算对于编写高效代码和处理一些特殊问题非常重要。