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Java のビット操作とアプリケーションシナリオの概要

王林転載: 2021-03-08 16:32:384654ブラウズ

プログラム内のすべての数値はコンピューターメモリにバイナリ形式で格納されており、ビット操作はメモリ内の整数のバイナリビットを直接操作することを知っています。たとえば、and 演算は本来論理演算子ですが、整数同士でも AND 演算を行うことができます。

ビット演算には主にシフト演算と論理演算があります。次に、シフト演算と論理演算についてそれぞれ説明します。

シフト演算:

左シフト: 演算子は 670fcc7a1befaf9094faa244b91a4c62>> で、右に移動し、右側を破棄し、左側に 0 を追加します。符号付き右シフト: 演算子は >> で、右に移動し、右側を破棄します。左側に追加される値は、元の最上位ビットによって決まります。元が 1 の場合は 1 を追加し、0 の場合は 1 を追加します。、0 を追加します。バイナリを次のように考えてください。整数の場合、それを 1 ビット右にシフトすることは、2 で除算することと同じです。

例:

int a = 4; // 100
a = a >> 2; // 001，等于1
a = a << 3 // 1000，变为8

論理演算には次のものが含まれます:

ビットごとの AND&: 両方のビットが 1 から 1 になる
ビットごとの OR|: 1 つのビットが 1 である限り、1 です
##ビットごとの否定~: 1 は 0 になり、0 は 1 になります
bitwise アプリケーションシナリオ:
シナリオ 1: パリティの決定

分析: 奇数は 2 の整数倍ではありません。バイナリに変換した後、最下位ビットは 1 でなければならず、その逆はは偶数の場合に当てはまります。この機能を使用すると、ビット操作を通じて整数のパリティを簡単に決定できます。

コードを見てください:

int a = ...; 
a = a & 0x1 // 返回0或1，就是a最右边一位的值。
a = a | 0x1 //不管a原来最右边一位是什么，都将设为1

シナリオ 2: 正の整数が 2 の整数乗であるかどうかを判断します。

分析: まず、一般的な 2 の整数乗を見てみましょう。数字: 2、4、8、16 を 2 進数に変換すると、10、100、1000、10000 になります。パターンは見つかりましたか?つまり、1 である最初のビットを除いて、他のビットはすべて 0 です。これらの数値から 1 を引いた後、ビットごとの反転の結果が等しくなるのは偶然です。たとえば、8-1=7 (2 進数で 111) は、8 の 2 進数 1000 をビットごとに反転することで得られます。そして 8&7=0 の場合、ルールを抽出すると次のようになります。

   int i = 1;// 二进制存储方式为00000000000000000000000000000001
    int j = 5;// 二进制存储方式为00000000000000000000000000000101
    int k = 6;// 二进制存储方式为00000000000000000000000000000110
    if ((i & j) == 1) {
      System.out.println("j的最低位为1，为奇数");
    }    if ((i & k) == 0) {
      System.out.println("k的最低位为0，为偶数");
    }

このルールに適合する n は 2 の整数乗です。

(学習ビデオ共有:

java ビデオチュートリアル

)

シナリオ 3: 単純なコレクション処理

ナンセンスではありません。コードを見てください:

(n&(n-1))==0

テストします:

public class SimpleSet {  public static final int A = 0x01;// 最后四位为0001
  public static final int B = 0x02;// 最后四位为0010
  public static final int C = 0x04;// 最后四位为0100
  public static final int D = 0x08;// 最后四位为1000
  private int set = 0x00;// 初始0000，空集合
  public void add(int i) {// 将i对应位的值置为1，重复add不影响。默认传入值为ABCD之一，此处省去边界判断
    set |= i;
  }  public boolean contain(int i) {// 判断相应位置是否为1
    return (set & i) == i;
  }  public boolean remove(int i) {// 来不及不解释了快看代码
    if (contain(i)) {
      set -= i;      return true;
    } else {      return false;
    }
  }
}

出力は次のとおりです:

 public static void main(String[] args) {
    SimpleSet set = new SimpleSet();
    System.out.println(set.contain(A));
    set.add(B);
    System.out.println(set.contain(A));
    System.out.println(set.contain(B));
    set.add(A);
    set.add(C);
    System.out.println(set.contain(A));
    set.remove(A);
    System.out.println(set.contain(A));
    System.out.println(set.remove(A));
    System.out.println(set.contain(C));
  }

わかりました、問題ありません。

上記のコード例の A、B、C、D は列挙型に似ていると思われるかもしれません。実際、列挙型の jdk ソースコードにあるコレクションクラス EnumSet は同様のソリューションを使用しています。これよりもはるかに複雑です。興味がある場合は、ソースコードを確認してください。このソリューションには、ビットベクトルと呼ばれる名前が付いています。

ちなみに、Java の int のパッケージングクラスである Integer にはビット演算を提供する静的ツールが多数あり、非常に複雑なものが多いので、興味のある方は覗いてみてください。

結論:

ビット演算はコンピュータが最も得意とする演算であり、jdkのソースコードにも多用されており、これを理解することでコンピュータをより深く理解することができ、また、よりエレガントなコードを書くのにも役立ちます。

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