彻底理解位运算——左移、右移
相信大家在各种语言各种框架中都能看到二进制的操作。左移、右移、&、|、^等等操作。那么这篇帖子让各位彻底弄懂左移、右移。
首先先区分那个是左移、那个是右移,这很简单,从箭头指向的方向来区分。<<左移,>>右移
左移:
很简单的来说就是把当前的二进制,整体往左边移动N个单位,N取决于你的表达式。
那么用一个例子,和画图来理解一下吧。
把32的二进制(蓝色部分)整体往左边移动一位。得到下图。
0100 0000二进制转换成十进制为64。所以答案为64.
那么再来一道题目,我们用之前的题目小改一下把。
32 << 2 = 128,答案为64。那么下面还是用画图来理解一下吧。
把32的二进制部分(蓝色部分)向左边移动2个单位得到下图
二进制1000 0000转换成十进制为128。
那么每次左移运算都这么麻烦,都要把十进制转换成二进制,移动以后,再从二进制转换成十进制,这也太麻烦了。所以我们需要找到其中的规律。
规律为:源操作数 * 2的N次方(N取决于移动的位数) = 移动后的结果。
32 << 2 = 32 * 2^2 = 128
16 << 4 = 16 * 2^4 = 256
7 << 2 = 7 * 2^2 = 28
右移:
很简单的来说,把当前的二进制,整体往右边移动N的单位,得到一个新的二进制。
还是用例子+画图来理解把。
32 >> 1 = 16。32右移一位,答案为16。那么下面就画图来理解一下吧。
把0010 0000 蓝色部分整体往右边移动,这样本来是6个二进制来表示,变成了5个二进制来表示,还有一位已经被右移移走了。
所以得到0001 0000 将其转换成十进制为16。
12 >> 4 = 0。12右移四位,答案为0。那么下面就画图来理解一下吧。
把0000 1100 右移4位,就把最后4位给移出去了,刚好最后4位1100表示为12。右移后得到 0000 0000所以最后答案算出来为0.
那么我们来找一下规律
规律为:源操作数 / 2的N次方(N取决于移动的位数) = 移动后的结果(只取整数部分)
32 >> 2 = 32 / 2^2 = 8
17 >> 2 = 17 / 2^2 = 4.25 = 4(因为只取整数部分)
512 >> 10 = 512 / 2^10 = 0.5 = 0(因为只取整数部分)
为什么位运算的效率很高
本想从汇编层面和intel开发手册层面来寻找资料来论证位运算的效率。但是在汇编中左移和右移也就是一个指令,跟加减乘除一样都是一个指令。而对应的指令在intel开发手册中的解释也没说效率方面,只告诉开发者如何使用这些指令(也可以能笔者能力欠佳,没有找到)。
但是从宏观方面来分析,不管是左移还是右移,从上面得出来的规律都知道,如果不使用左移和右移,他们的计算步骤要被拆分为几步,而一个运算就是CPU的一个指令执行周期,而左移和右移只需要移动N个二进制,这样就会比直接使用左移和右移多几个指令执行周期,可能运算比较少的时候,差异不大。但是大规模运算中使用位运算的优势就出现了。
大家应该都明白,系统开发和硬件开发都是使用C和汇编进行开发,他们的效率高在哪里了?少了很多高级的封装,减少了编译的次数,基本是面向CPU指令集的编程。而位运算也可以这样去类比。对于计算机的底层而言都是由二进制组成,二进制的计算更偏向底层计算。
总结
最后,如果本帖对您有一定的帮助,希望能点赞+关注+收藏!您的支持是给我最大的动力,后续会一直更新各种框架的使用和框架的源码解读~!
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