Go 的位操作()

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。

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, bAND(a, b) = 1; only if a = b = 1 else = 0AND 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) } }}在 Playground 上运行上面的例子

| 操作符| 对其整型操作数执行按位或操作。回想一下或操作符具备以下性质:

Given operands a, bOR(a, b) = 1; when a = 1 or b = 1 else = 0 我们可以利用按位或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或将示例数(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,或运算非常有用。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在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(或上更多的值)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 OR 和 AND 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, bXOR(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 a11110000 // ^a在练习场中可以运行范例。

&^ 操作符&^ 操作符意为 与非,是 与 和 非 操作符的简写形式,它们定义如下。

Given operands a, bAND_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 aAND_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:1010101110100000在练习场中运行范例。

<<和>> 操作符与其他 C 的衍生语言类似, Go 使用 << 和 >> 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 timesa >> n; shifts all bits in a to the right n times例如,在下面的代码片段中变量 a (00000011)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:00000011000001100000110000011000在 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:011110000011110000011110在 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在 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在 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,| 和 << 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:0000100000001100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在 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:11011001在 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。

————————————————原文作者:Richard101转自链接:https://learnku.com/go/t/23460/bit-operation-of-go版权声明:著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请保留以上作者信息和原文链接。

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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。

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, bAND(a, b) = 1; only if a = b = 1 else = 0AND 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) } }}在 Playground 上运行上面的例子

| 操作符| 对其整型操作数执行按位或操作。回想一下或操作符具备以下性质:

Given operands a, bOR(a, b) = 1; when a = 1 or b = 1 else = 0 我们可以利用按位或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或将示例数(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,或运算非常有用。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在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(或上更多的值)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 OR 和 AND 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, bXOR(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 a11110000 // ^a在练习场中可以运行范例。

&^ 操作符&^ 操作符意为 与非,是 与 和 非 操作符的简写形式,它们定义如下。

Given operands a, bAND_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 aAND_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:1010101110100000在练习场中运行范例。

<<和>> 操作符与其他 C 的衍生语言类似, Go 使用 << 和 >> 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 timesa >> n; shifts all bits in a to the right n times例如,在下面的代码片段中变量 a (00000011)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:00000011000001100000110000011000在 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:011110000011110000011110在 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在 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在 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,| 和 << 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:0000100000001100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在 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:11011001在 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。

————————————————原文作者:Richard101转自链接:https://learnku.com/go/t/23460/bit-operation-of-go版权声明:著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请保留以上作者信息和原文链接。