C/C++中的位操作的技巧

【说明：本文参考了网上相关内容，做了补充和修改。】

 

C++中的位操作包括两种：传统的C语言方式的位操作和C++中利用bitset容器进行的位操作。

 

****** 一、传统的C方式位操作：******

 

1.基本操作:
使用一个unsigned int变量来作为位容器。

2.位操作符：
|：按位或操作，result = exp1 | exp2;当exp1和exp2中对应位中有一个为1时，则result中对应位为1，否则为0.
应用特点：与0位“或”相应的位不变，与1位“或”设置相应的位为1.
因此用于：设置某一位为1，而保证其它的位不变。比如：result |= (1<<12)将设置result的第12位为1.
也常用于：给某个位属性值附加上另一个属性值，比如：result |= exp;这里相当于给result附加上exp的属性。

 

&：按位与操作，result = exp1 & exp2;当exp1和exp2中对应的位都为1时，result中对应的位才为1.
应用特点：与0位“与”相应的位为0，与1位“与”相应的位不变。0与1“与”结果为0，1与1“与”结果为1，所以也就是说bit & 1 = bit，与1进行“与”操作不改变本身。
因此用于：设置某一位为0，而保证其它的位不变。比如：result &= ~(1<<12)将设置result的第12为0.
也常用于：获得某个属性的某一位或某几位。比如：result & 3 将获得result的最低的两位。再比如截取一个32位数字的低8位等等。
也常用于：测试某个属性是否等于或包含特定的值。比如：if(result & exp)...

 

^：按位异或操作符，result = exp1 ^ exp1;当exp1和exp2中对应位的值不相同时，result对应的位为1
应用特点：1)0与1“异或”结果位1，1与1“异或”结果位0，也就是说bit ^ 1 = ~bit，与1“异或”相当于将特定的位取反。
          2)1与0“异或”结果位1，0与0“异或”结果位0，也就是说bit ^ 0 = bit，与0“异或”将保持特定的位不变。
因此用于：将某一特定位取反，而保证其它的位不变。比如：result ^= (1<<12)将result的第12位取反。
也常用于：将自己清0，比如：result ^= reslut;将使result所以位都变成0.

 

~：反转操作符，将位容器中的所以位都反转，将1变成0，0变成1。

 

<<：按位左移操作符，exp << n;将容器中的所有位向左移n位，空出的位用0填补。

>>：按位右移操作符，exp >> n;将容器中的所有位向右移n位，空出的位用0填补。

 

3.C方式位操作总结：
设置特定的位用|;
清除特定的位用&;
取反特定的位用^;
取反所有的位用~;

 

****** 二、C++中bitset容器来操作位：******
1.头文件:
#include

2.声明一个容器：
(a)声明一个指定位数n所有位都为0的空容器：
   bitset bits;
(b)声明一个指定位数n并将用相应值来初始化容器：
   bitset bits(int m);
   bitset bits(string&);

总结：bitset模板类中类型参数传递容器的位数，而构造函数参数通过一个int或一个string&值来从右至左初始化容器中的相应值。
3.bitset的基本用法：

4.bitset与传统C位操作及字符串的转换：
可以通过to_string()成员函数将容器输出为一个string字符串；
可以通过to_long()成员函数将容器输出到传统的用于C风格的位容器中。

5.bitset支持所有位操作

6.位操作的例子：

将一个32位的整数输出成二进制形式：

//C的方式：
int i = 343543;
for(int j=31; j>=0; --j)
   cout << ((i >> j) & 1);

//C++的方式：
int i = 343543;
bitset<32> intBit(i);
   cout << intBit.to_string() << endl;

//测试一个数字含有多少个1位：
int count(int x)
{
    int n = 0;
    while(x) {
       x &= (x-1); //将x的最右边的1位变成0
       ++n;
    }
    return n;
}
//测试一个数字含有多少个0位：
sizeof(x)*8 - count(x);

//测试一个数字的奇偶性：
只需测试最右位：为0则是偶数；位1则是奇数；if(x & 1)奇数; else 偶数;

///检测一个无符号数是不为2的次方：
if(x & (x-1) == 0) true; else false;


    ///二进制补码运算公式：(摘录自网上资料)
    -x = ~x + 1 = ~(x-1);
    ~x = -x-1;
    ~(-x) = x-1;
    x+y = x - ~y-1 = (x|y)+(x&y);
    x-y = x + ~y + 1 = (x|~y) - (~x&y);
    x^y = (x|y) - (x&y);
    x|y = (x& ~y) + y;
    x&y = (~x|y)- ~x;
    ///x == y:
    ~(x-y|y-x);
    ///x != y:
    x-y|y-x;
    ///x < y:
    (x-y)^((x^y)&((x-y)^x));
    ///x <= y:
    (x|~y)&((x^y)|~(y-x));
    ///x < y:
    (~x&y)|((~x|y)&(x-y)); ///无符号x,y的比较
    ///x <= y:
    (~x|y)&((x^y)|~(y-x)) ///无符号x,y的比较
    ///使用位运算的无分支代码：
    ///计算绝对值：
    int abs(int x)
    {
        int y;
        y = x >> 31;
        return (x^y)-y; ///or:(x+y)^y
    }
    ///符号函数：
    sign(int x)
    {
        return (x>>31)|
                (unsigned(-x))>>31; //x=-2的31次方时失败
    }
    ///三值比较：cmp(x, y) = -1(x<y);0(x==y);1(x>y)
    int cmp(int x, int y)
    {
        return (x>y)-(x-y);
    }