• 技术文章 >后端开发 >Golang

    一文详解Golang中的位操作

    青灯夜游青灯夜游2022-09-21 20:35:08转载242
    本篇文章带大家深入了解下Golang中的位操作,介绍一下详述每个操作符以及它们如何使用的案例,希望对大家有所帮助!

    php入门到就业线上直播课:进入学习

    在计算机内存昂贵,处理能力有限的美好旧时光里,用比较黑客范的位运算方式去处理信息是首选方式(某些情况下只能如此)。时至今日,直接使用位运算仍然是很多计算领域中不可或缺的部分,例如底层系统编程,图形处理,密码学等。【相关推荐:Go视频教程

    Go 编程语言支持以下按位运算符:

    &   bitwise AND
     |   bitwise OR
     ^   bitwise XOR
    &^   AND NOT
    <<   left shift
    >>   right shift

    本文的余下部分详述了每个操作符以及它们如何使用的案例。

    & 运算符

    在 Go 中, & 运算符在两个整型操作数中执行按位 AND 操作。AND 操作具有以下属性:

    Given operands a, b
    AND(a, b) = 1; only if a = b = 1
                   else = 0

    AND 运算符具有选择性的把整型数据的位清除为 0 的好的效果。 例如,我们可以使用 & 运算符去清除(设置)最后 4 个最低有效位(LSB)全部为 0 。

    func main() {
        var x uint8 = 0xAC    // x = 10101100
        x = x & 0xF0          // x = 10100000
    }

    所有的位运算都支持简写的赋值形式。 例如,前面的例子可以重写为如下。

    func main() {
        var x uint8 = 0xAC    // x = 10101100
        x &= 0xF0             // x = 10100000
    }

    另外一个巧妙的技巧是:你可以用 & 操作去测试一个数字是奇数还是偶数。原因是当一个数字的二进制的最低位是 1 的时候,那他就是奇数。我们可以用一个数字和 1 进行 & 操作,然后在和 1 做 AND 运算,如果的到的结果是 1 ,那么这个原始的数字就是奇数

    import (
        "fmt"
        "math/rand"
    )
    func main() {
        for x := 0; x < 100; x++ {
            num := rand.Int()
            if num&1 == 1 {
                fmt.Printf("%d is odd\n", num)
            } else {
                fmt.Printf("%d is even\n", num)
            }
        }
    }

    Playground 上运行上面的例子

    | 操作符

    | 对其整型操作数执行按位操作。回想一下操作符具备以下性质:

    Given operands a, b
    OR(a, b) = 1; when a = 1 or b = 1
                  else = 0

    我们可以利用按位操作符为给定的整数有选择地设置单个位。例如,在如下示例中我们使用按位将示例数(从低位到高位(MSB))中的第 3 ,第 7 和第 8 位置为 1 。

    func main() {
        var a uint8 = 0
        a |= 196
        fmt.Printf("%b", a)
    }
    
    // 打印结果  11000100
                ^^   ^

    练习场中可运行范例。

    在使用位掩码技术为给定的整型数字设置任意位时,运算非常有用。例如,我们可以扩展之前的程序为变量 a 存储的值设置更多的位。

    func main() {
        var a uint8 = 0
        a |= 196
        a |= 3
        fmt.Printf("%b", a)
    }
    
    // 打印结果 11000111

    练习场中可以运行范例。

    在前面的程序里,不仅要按位设置十进制的 196,而且要设置低位上的十进制 3。我们还可以继续(上更多的值)设置完所有的位。

    位运算的配置用法

    现在,回顾一下 AND(a, 1) = a 当且仅当 a = 1。 我们可以利用这个特性去查询其设置位的值。例如,在上述代码中 a & 196 会返回 196 是因为这几位的值在 a 中确实都存在。所以我们可以结合使用 ORAND 运算的方式来分别设置和读取某位的配置值。.

    接下来的源码片段演示了这个操作。函数 procstr 会转换字符串的内容。它需要两个参数:第一个, str,是将要被转换的字符串,第二个, conf,是一个使用位掩码的方式指定多重转换配置的整数。

    const (
        UPPER  = 1 // 大写字符串
        LOWER  = 2 // 小写字符串
        CAP    = 4 // 字符串单词首字母大写
        REV    = 8 // 反转字符串
    )
    
    func main() {
        fmt.Println(procstr("HELLO PEOPLE!", LOWER|REV|CAP))
    }
    
    func procstr(str string, conf byte) string {
        // 反转字符串
        rev := func(s string) string {
            runes := []rune(s)
            n := len(runes)
            for i := 0; i < n/2; i++ {
                runes[i], runes[n-1-i] = runes[n-1-i], runes[i]
            }
            return string(runes)
        }
    
        // 查询配置中的位操作
        if (conf & UPPER) != 0 {
            str = strings.ToUpper(str)
        }
        if (conf & LOWER) != 0 {
            str = strings.ToLower(str)
        }
        if (conf & CAP) != 0 {
            str = strings.Title(str)
        }
        if (conf & REV) != 0 {
            str = rev(str)
        }
        return str
    }

    在 Playground上面运行代码.

    上面的 procstr("HELLO PEOPLE!", LOWER|REV|CAP) 方法会把字符串变成小写,然后反转字符串,最后把字符串里面的单词首字母变成大写。这个功能是通过设置 conf 里的第二,三,四位的值为 14 来完成的。然后代码使用连续的 if 语句块来获取这些位操作进行对应的字符串转换。

    ^ 操作符

    在 Go 中 按位 异或 操作是用 ^ 来表示的。 异或运算符有如下的特点:

    Given operands a, b
    XOR(a, b) = 1; only if a != b
         else = 0

    异或运算的这个特性可以用来把二进制位的一个值变成另外一个值。举个例子,给到一个 16 进制的值,我们可以使用以下代码切换前8位(从 MSB 开始)的值。

    func main() {
        var a uint16 = 0xCEFF
        a ^= 0xFF00 // same a = a ^ 0xFF00
    }
    
    // a = 0xCEFF   (11001110 11111111)
    // a ^=0xFF00   (00110001 11111111)

    在前面的代码片段中,与 1 进行异或的位被翻转(从 0 到 1 或从 1 到 0)。异或 运算的一个实际用途,例如,可以利用 异或运算去比较两个数字的符号是否一样。当 (a ^ b) ≥ 0 (或相反符号的 (a ^ b) < 0 )为 true 的时候,两个整数 a,b 具有相同的符号,如下面的程序所示:

    func main() {
        a, b := -12, 25
        fmt.Println("a and b have same sign?", (a ^ b) >= 0)
    }

    在 Go 的 Playground运行代码。

    当执行上面这个程序的时候,将会打印出:a and b have same sign? false。在 Go Playground 上修改程序里 a ,b 的符号,以便看到不同的结果。

    ^ 作为取反位运算符 (非)

    不像其他语言 (c/c++,Java,Python,Javascript,等), Go 没有专门的一元取反位运算符。取而代之的是,XOR 运算符 ^,也可作为一元取反运算符作用于一个数字。对于给定位 x,在 Go 中 x = 1 ^ x 可以翻转该位。在以下的代码段中我们可以看到使用 ^a 获取变量 a 的取反值的操作。

    func main() {
        var a byte = 0x0F
        fmt.Printf("%08b\n", a)
        fmt.Printf("%08b\n", ^a)
    }
    
    // 打印结果
    00001111     // var a
    11110000     // ^a

    练习场中可以运行范例。

    &^ 操作符

    &^ 操作符意为 与非,是 操作符的简写形式,它们定义如下。

    Given operands a, b
    AND_NOT(a, b) = AND(a, NOT(b))

    如果第二个操作数为 1 那么它则具有清除第一个操作数中的位的趣味特性。

    AND_NOT(a, 1) = 0; clears a
    AND_NOT(a, 0) = a;

    接下来的代码片段使用 AND NOT 操作符,将变量值1010 1011变为 1010 0000,清除了操作数上的低四位。

    func main() {
        var a byte = 0xAB
         fmt.Printf("%08b\n", a)
         a &^= 0x0F
         fmt.Printf("%08b\n", a)
    }
    
    // 打印:
    10101011
    10100000

    练习场中运行范例。

    << 和 >> 操作符

    与其他 C 的衍生语言类似, Go 使用 <<>> 来表示左移运算符和右移运算符,如下所示:

    Given integer operands a and n,
    a << n; shifts all bits in a to the left n times
    a >> n; shifts all bits in a to the right n times

    例如,在下面的代码片段中变量 a00000011)的值将会左移位运算符分别移动三次。每次输出结果都是为了说明左移的目的。

    func main() {
        var a int8 = 3
        fmt.Printf("%08b\n", a)
        fmt.Printf("%08b\n", a<<1)
        fmt.Printf("%08b\n", a<<2)
        fmt.Printf("%08b\n", a<<3)
    }
    
    // 输出的结果:
    00000011
    00000110
    00001100
    00011000

    Playground 运行代码

    注意每次移动都会将低位右侧补零。相对应,使用右移位操作符进行运算时,每个位均向右方移动,空出的高位补零,如下示例 (有符号数除外,参考下面的算术移位注释)。

    func main() {
     var a uint8 = 120
     fmt.Printf("%08b\n", a)
     fmt.Printf("%08b\n", a>>1)
     fmt.Printf("%08b\n", a>>2)
    }
    
    // 打印:
    01111000
    00111100
    00011110

    练习场中可以运行范例。

    可以利用左移和右移运算中,每次移动都表示一个数的 2 次幂这个特性,来作为某些乘法和除法运算的小技巧。例如,如下代码中,我们可以使用右移运算将 200(存储在变量 a 中)除以 2 。

    func main() {
        a := 200
        fmt.Printf("%d\n", a>>1)
    }
    
    // 打印:
    100

    练习场 中可以运行范例。

    或是通过左移 2 位,将一个数乘以4:

    func main() {
        a := 12
        fmt.Printf("%d\n", a<<2)
    }
    // 打印:
    
    48

    练习场 中可以运行范例。

    位移运算符提供了有趣的方式处理二进制值中特定位置的值。例如,下列的代码中,|<< 用于设置变量 a 的第三个 bit 位。

    func main() {
        var a int8 = 8
        fmt.Printf("%08b\n", a)
        a = a | (1<<2)
        fmt.Printf("%08b\n", a)
    }
    // prints:
    00001000
    00001100

    可以在 练习场 中运行代码示例。

    或者,您可以组合位移运算符和 & 测试是否设置了第n位,如下面示例所示:

    func main() {
        var a int8 = 12
        if a&(1<<2) != 0 {
            fmt.Println("take action")
        }
    }
    
    // 打印:
    take action

    练习场中运行代码。

    使用 &^ 和位移运算符,我们可以取消设置一个值的某个位。例如,下面的示例将变量 a 的第三位置为 0 :

    func main() {
        var a int8 = 13 
        fmt.Printf("%04b\n", a)
        a = a &^ (1 << 2)
        fmt.Printf("%04b\n", a)
    }
    
    // 打印:
    1101
    1001

    练习场 中运行代码。

    关于算术位移运算的笔记

    当要位移的值(左操作数)是有符号值时,Go 自动应用算术位移。在右移操作期间,复制(或扩展)二进制补码符号位以填充位移的空隙。

    总结

    与其它现代运算符一样,Go 支持所有二进制位操作运算符。这篇文章仅仅提供了可以用这些操作符完成的各种黑科技示例。你可以在网络上找到很多文章,特别是 Sean Eron Anderson 写的 Bit Twiddling Hacks

    关注 Vladim @vladimirvivien 的 Twitter。

    如果你正在学习 Go,阅读 Vladimir Vivien 关于 Go 的书,名为 Learning Go Programming

    这篇文章开始由作者 Vladimir Vivien 发布在 Medium 上,名为 Bit Hacking with Go

    英文原文地址:https://dev.to/vladimirvivien/bit-hacking-with-go

    更多编程相关知识,请访问:编程视频!!

    以上就是一文详解Golang中的位操作的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!

    声明:本文转载于:learnku,如有侵犯,请联系admin@php.cn删除
    专题推荐:Go Golang
    上一篇:一文详解Go中的并发【20 张动图演示】 下一篇:没有了
    VIP课程(WEB全栈开发)

    相关文章推荐

    • ❤️‍🔥共22门课程,总价3725元,会员免费学• 带你聊聊MongoDB中丰富的索引类型• VSCode中如何进行Golang开发?开发环境配置介绍• 聊聊Golang的协程泄露,看看怎么预防泄露• 聊聊Golang中的几种常用基本数据类型• 聊聊go语言中的切片(slice)• 一文详解Go中的并发【20 张动图演示】
    1/1

    PHP中文网