C++学习笔记-----用位运算实现加减乘除
C++学习笔记-----用位运算实现加减乘除
原文:http://blog.csdn.net/sinat_35261315/article/details/72904945
数据在计算机内存中是以二进制存储的。
几种常用的位运算:
- 与运算&: 对应位均为1时为1,其它为0。
- 或运算|: 对应位均为0时为0,其它为1。
- 异或运算^: 对应位不相同时为1,相同时为0.
- 按位取反~: 每一位取反
- 右移>>: 将二进制进行右移,低位丢掉,高位补零。
- 左移<<: 将二进制进行左移,低位补零,高位丢掉。
加法
以0111 + 0101为例,观察异或运算和与运算的结果
0111 ^ 0101 = 0010; //结果的每一位等于对应位相加模二,刚好是不带进位的加法结果。
0111 & 0101 = 0101; //结果的1表示对应位相加为2,0表示对应位相加小于二,刚好是进位标识。
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又因为进位是向高位进位,也就是说如果第二位是1,则表示在计算过程中要向第三位进位,所以可以将与运算结果左移一位后和异或运算的结果做加法。
代码如下:
int add(int a, int b)
{
return (b == 0) ? a : add(a ^ b, (a & b) << 1);/*if(b == 0)return a;elsereturn add(a ^ b, (a & b) << 1);//异或结果 + 与运算结果左移一位*/
}
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减法
减法和加法相同,减去一个数相当于加上这个数的相反数,所以完全可以利用加法操作,唯一需要做的就是求出被减数的相反数。
求相反数的方法:每一位取反,末位加一。
代码如下:
//求n的相反数
//~:按位取反
//add:加法操作,末位加一
int negtive(int n)
{return add(~n, 1);
}int subtraction(int a, int b)
{//加上被减数的相反数return add(a, negtive(b));
}
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乘法
平时在笔算乘法数据都是十进制的,而抛去思维定势,把数看成是二进制,也可以进行笔算乘法,像这样
根据算式可以知道,对于a * b,每次只需要将a左移一位乘上b的对应位,然后同上一次的结果做加法即可。
也就意味着当b的对应位为1时,对a左移一位然后同上一次的结果做加法。
如果b的对应位为0,只对a左移一位。
当然,上述这些运算不包括符号位,所以两个操作数都需要先转换成正数,符号需要单独考虑。对于4个字节(32位整数)来说,获取符号位只需要取出第31位的值即可。
代码如下:
//取出符号位
int getSign(int n)
{return n >> 31;
}//求n的绝对值
int positive(int n)
{return (getSign(n) & 1) ? negtive(n) : n;
}int multiply(int a, int b)
{//如果两个数符号位不相容,则结果为负bool isNegtive = false;if(getSign(a) ^ getSign(b))isNegtive = true;a = positive(a);b = positive(b);int res = 0;while(b | 0){//当b的对应位是1时,才需要加aif(b & 1)res = add(res, a);a = a << 1; //a左移b = b >> 1; //b右移}return isNegtive == true ? negtive(res) : res;
}
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除法
同乘法一样,除法也可以进行二进制笔算,以a / b为例,只有当a >= b时才可以上商,又因为是二进制,所以商每次只会多1,在每次上1之后a都要减去一次b。代码如下:
int divide(int a, int b)
{//被除数不能为0if(b == 0)throw std::runtime_error("Divided can't be zero...");bool isNegtive = false;if(getSign(a) ^ getSign(b))isNegtive = true;a = positive(a);b = positive(b);int res = 0;while(a >= b){res = add(res, 1);a = subtraction(a, b);}return beNegtive == true ? negtive(res) : res;
}
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