怎么利用 Long.bitCount() 在算法题中快速计算一个 64 位整数的二进制“1”个数

阿萱吖_6979

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2026-05-08

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原创

long.bitcount() 是 java 中计算 long 类型二进制表示中 1 的个数的高效 o(1) 方法,基于分治算法实现,适用于状态压缩 dp、子集枚举等场景,需注意 long 与 int 类型区分及字面量后缀。

怎么利用 long.bitcount() 在算法题中快速计算一个 64 位整数的二进制“1”个数

Long.bitCount() 是 Java 中一个高效、内置的位运算工具方法,专用于计算 long 类型(64 位)整数的二进制表示中 1 的个数(即汉明重量,Hamming Weight)。它底层基于优化的分治算法(类似 SWAR 技术),时间复杂度为 O(1),比手动循环移位或查表更简洁可靠,非常适合在算法题中快速使用。

直接调用,零成本获取 1 的个数

无需自己实现 Brian Kernighan 算法或打表,一行代码即可完成统计:

  • // 示例:统计 0x1F(即 31)的二进制中 1 的个数 → 5
  • int cnt = Long.bitCount(31L); // 返回 5
  • // 支持负数(按补码解释):-1 的二进制是 64 个 1
  • Long.bitCount(-1L); // 返回 64

配合位掩码与位运算加速状态压缩题

在状态压缩 DP、子集枚举(如「数组所有子集的异或和」、「最小路径覆盖」)等题目中,常需频繁判断状态中开启的位数(即子集大小)或筛选特定 popcount 的状态:

  • 枚举所有长度为 n 的子集时,用 if (Long.bitCount(mask) == k) 快速筛选大小为 k 的子集
  • DP 状态转移中,若需按“已选元素个数”分层,可用 bitCount 作为维度索引,避免额外维护计数变量
  • 例如:LeetCode 1178「猜字谜」中,可预处理每个单词的 bitset(a–z 映射到 0–25 位),再用 bitCount(mask & puzzleMask) == 1 判断是否只含谜底首字母

注意 long 类型与 int 的边界区分

虽然 Integer.bitCount() 同样高效,但务必匹配数据类型:

  • 输入是 int 时,用 Integer.bitCount(x) —— 它只看低 32 位,高位补 0
  • 输入是 long 或可能超过 32 位(如状态压缩用到 40+ 位),必须用 Long.bitCount(x),否则高位被截断导致错误
  • 常见陷阱:Long.bitCount(0xFFFFFFFF) 返回 32(因为 0xFFFFFFFF 是 int 字面量,自动扩展为 long 后仍是低 32 位全 1),而 Long.bitCount(0xFFFFFFFFL) 才明确表示 32 个 1;若要表示 64 个 1,应写 -1L 或 0xFFFFFFFFFFFFFFFFL

不依赖 JDK 实现,但需知其稳定可靠

从 JDK 1.5 起该方法就存在,OpenJDK 中实际调用的是基于 0x5555555555555555L、0x3333333333333333L 等掩码的常数时间位操作,经 JIT 编译后常被内联为几条 CPU 指令(如 POPCNT 指令,若硬件支持)。在算法竞赛或笔试中可放心使用,无需担心性能或兼容性问题。

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