一些运算符“|”、“^”、“&”、“&^”之间的区别。戈朗

Posted 2023-02-21

【中文标题】一些运算符“|”、“^”、“&”、“&^”之间的区别。戈朗

【英文标题】：Difference between some operators "|", "^", "&", "&^". Golang

【发布时间】：2015-04-10 12:40:38

【问题描述】：

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“+”运算符还可以处理浮点数、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？

【问题讨论】：

阅读 Petzold 的“代码”之类的书，对二进制表示和计算基础有一个基本的了解。

【参考方案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，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“布尔”变量打包到一个 int 中，它们也经常被使用，例如，您分配每个布尔变量都有一点。您必须使用位运算符才能单独更改/读取位。

例如将 8 位/布尔值打包成一个 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（a比特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) 在二进制表示中存在数字的某些特征。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、@987654335 @ 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。最简单的是 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

使用这种可变长度编码的好处是，即使你在 Go 中使用 uint64 类型，它在内存中是 8 个字节，仍然可以使用更少的字节来表示小数字（仅限 0..127 范围内的数字需要 1 个字节！）。如果您要存储或传输的样本有很多小值，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 并 google 术语“位运算符教程”，有很多不错的文章。

【讨论】：

谢谢！真的很好的答案。您能否推荐一本书，为像我这样的新手解释“低级”编程的一些基础知识？ （没有深入到过于技术和数学术语）

@TimurFayzrakhmanov google 一下（术语“位运算符教程”），网上有很多很好的教程。大多数是特定于语言的，但或多或​​少适用于所有编程语言。这是一个在 1 分钟谷歌搜索中发现的好消息：Understanding Bitwise Operators。另请阅读***文章：Bitwise operation

嗯...如果数字是偶数，您的 isOdd() 函数实际上会返回 true。 isOdd 应该检查 == 1

@RayfenWindspear 你是对的。我混淆了odd和even这两个词。已更正。

【参考方案2】：

对于他们在技术上所做的事情，请查看这里的 cmets

package main

import "fmt"

func main() 
    // Use bitwise OR | to get the bits that are in 1 OR 2
    // 1     = 00000001
    // 2     = 00000010
    // 1 | 2 = 00000011 = 3
    fmt.Println(1 | 2)

    // Use bitwise OR | to get the bits that are in 1 OR 5
    // 1     = 00000001
    // 5     = 00000101
    // 1 | 5 = 00000101 = 5
    fmt.Println(1 | 5)

    // Use bitwise XOR ^ to get the bits that are in 3 OR 6 BUT NOT BOTH
    // 3     = 00000011
    // 6     = 00000110
    // 3 ^ 6 = 00000101 = 5
    fmt.Println(3 ^ 6)

    // Use bitwise AND & to get the bits that are in 3 AND 6
    // 3     = 00000011
    // 6     = 00000110
    // 3 & 6 = 00000010 = 2
    fmt.Println(3 & 6)  

    // Use bit clear AND NOT &^ to get the bits that are in 3 AND NOT 6 (order matters)
    // 3      = 00000011
    // 6      = 00000110
    // 3 &^ 6 = 00000001 = 1
    fmt.Println(3 &^ 6)

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请注意，我举了两个 | 的例子来表明它不是像 1 + 5 这样的真正加法。

至于实际用途，我相信其他人可以评论更多示例，但一个常见用途是为权限系统之类的东西创建标志位掩码。