按位与&或|运算实现组合属性

Posted 2022-12-03 wkw1125

一直觉得位运算（与&、或|、非~、异或^、左移<<、右移>>）比较深奥，平时也很少接触到，但最近项目又遇到了与位运算相关的“组合属性”用法，有必要学习掌握了。

组合属性

我不知道“组合属性”正确叫法是什么，拿例子说吧。

例子一：android中的布局文件有这种用法：

<Button
    ...
    android:layout_gravity="bottom | center_horizontal"
    ...
/>

上述布局为按钮的layout_gravity属性指定了两个值“bottom”和“center_horizontal”，这两个属性同时生效，效果是按钮会位于父容器底部的水平方向中央。

例子二：android用于安装apk的系统api：（有更简单的例子，只是项目中遇到这个而已）

// @SystemApi
public abstract void installPackage(
    Uri packageURI, IPackageInstallObserver observer, int flags,
    String installerPackageName);

第三个int参数flags用于设置安装方式的组合值，可以是以下值的组合：

public static final int INSTALL_FORWARD_LOCK = 0x00000001;//受限应用
public static final int INSTALL_REPLACE_EXISTING = 0x00000002;//覆盖安装
public static final int INSTALL_ALLOW_TEST = 0x00000004;//允许测试包
public static final int INSTALL_EXTERNAL = 0x00000008;//安装在外部SD卡
public static final int INSTALL_INTERNAL = 0x00000010;//安装在内置SD卡
...

用法如：

int i = INSTALL_REPLACE_EXISTING | INSTALL_EXTERNAL;//覆盖安装，装于外部SD卡
mPackageManager.installPackage(uri, observer, i, null);

为什么一个int值就可以表示多个属性呢？这就要归功于位运算的巧妙实现了。

位运算

位运算介绍可见 按位与、或、异或等运算方法，简单明了例子也好。这里摘录组合属性使用的与&或|操作：

按位或 |

运算：
参加运算的两个数，按二进制位进行“或”运算。同位上只要有一个为1，则结果值的该位为1，否则为0。
如，3 | 5 = 7 的运算过程如下：

3 : 0000 0011 
5 : 0000 0101 
--------------  |运算
7 : 0000 0111

作用：常用来对一个数据的某些位置为1。（类比：打开多个开关）
方法：找到一个数，对应X要置1的位，该数的对应位为1，其余位为零。此数与X相或可使X中的某些位置1。
例：将X=1010 0000的低4位置1 ，用 X | 0000 1111 = 1010 1111即可得到。

按位与 &

参加运算的两个数，按二进制位进行“与”运算。同位上同时为1时，结果值的该位为1，否则为0。
如，3 & 5 = 1 的运算过程如下：

3 : 0000 0011 
5 : 0000 0101
--------------  &运算 
1 : 0000 0001

作用：常用来判断一个数中指定位是否为1。（类比：检测某个开关是否打开）
方法：找一个数，对应X要取的位，该数的对应位为1，其余位为零，此数与X进行“与运算”可以得到X中的指定位。
例：设X=10101110， 取X的低4位，用 X & 0000 1111 = 0000 1110 即可得到；
如果要判断X的第三位是否为1，用 X & 0000 0100 = 0000 0100 ，即可知道第三位为1。

组合属性的实现

原理

组合属性的实现，就是巧妙地使用了按位或|、按位与&。
首先，将多个属性设置为不冲突的二进制数，如：

//   十进制    二进制       十六进制
int A = 1;  //0000 0001   0x0001
int B = 2;  //0000 0010   0x0002
int C = 4;  //0000 0100   0x0004
int D = 8;  //0000 1000   0x0008
int E =16;  //0001 0000   0x0010
//（复习一下，Java7中可以用0b表示二进制数，如int D = 0b00001000，更直观）

设置组合属性时，用按位或|运算为一个整数结果result，像是打开了多个开关。如：

int result = A | C;// A|C = 0001|0100 = 0101, 即 A|C = 1|4 = 5

读取组合属性时，将结果result与特定属性二进制数做按位与&运算，若结算结果与该属性相等，说明该属性开关被打开了。如：

if ((result & A) == A) 
    // result & A = 0101&0001 = 0001, 即 result&A = A
    // A属性生效


if ((result & B) == B) 
    // result & B = 0101&0010 = 0000 != 0010, 即 result&B != B
    // B属性不生效


if ((result & C) == C) 
    // result & C = 0101&0100 = 0100, 即 result&C = C
    // C属性生效

注意

位运算按二进制进行，虽然并不要求参与运算的数表示为二进制，但应用常量方式定义和使用组合属性，并注释二进制以便理解。
如，以上代码用十进制表示，等价为：

int result = 1 | 3;
if ((result & 1) == 1) 
    // A属性生效

虽然等价，但我认为这种魔数（magic number）更难以理解组合属性的原理。如我在公司代码中看到一段：

int i = 16777216;//w t f? 原来是十六进制0x‭1000000‬,‭二进制0001000000000000000000000000‬
i |= 2;
mPackageManager.installPackage(uri, observer, i, null);

DEMO

package com.kwws.demo;

public class CombineParam 
    private static final int A = 1;// 0000 0001
    private static final int B = 2;// 0000 0010
    private static final int C = 4;// 0000 0100
    private static final int D = 8;// 0000 1000
    private static final int E = 16;//0001 0000

    public static void main(String[] args) 
        int result = A | C | E;
        echo("result:%d(%s)", result, Integer.toBinaryString(result));

        if ((result & A) == A) 
            echo("A works.");
        
        if ((result & B) == B) 
            echo("B works.");
        
        if ((result & C) == C) 
            echo("C works.");
        
        if ((result & D) == D) 
            echo("D works.");
        
        if ((result & E) == E) 
            echo("E works.");
        
    

    private static void echo(String format, Object... args) 
        System.out.println(String.format(format, args));
    

    private static void echo(String str) 
        System.out.println(str);
    

结果：

result:21(10101)
A works.
C works.
E works.

参考

1. 按位与、或、异或等运算方法