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异或运算法则讲解(浅谈两个整数按位异或运算)

2024-08-05 13:15:22 100次浏览   

异或,英文为exclusive OR,缩写成XOR。异或(XOR)是一个数学运算符。它应用于逻辑运算。异或的数学符号为“⊕”,ST语言符号为“XOR”。其运算法则为:

A⊕B = AB'+A'B

异或也叫半加运算,其运算法则相当于不带进位的二进制加法:二进制下用1表示真,0表示假,则异或的运算法则为:0⊕0=0,1⊕0=1,0⊕1=1,1⊕1=0(同为0,异为1),这些法则与加法是相同的,只是不带进位,所以异或常被认作不进位加法。

异或运算被广泛用来统计一个数的1的位数!

参与运算的两个值,如果两个相应bit位相同,则结果为0,否则为1。

根据上面说的异或的运算法则可以看出按位异或的3个特点:

(1) 0⊕0=0,0⊕1=1-----------0异或任何数=任何数

(2) 1⊕0=1,1⊕1=0-----------1异或任何数=任何数取反

(3) 0⊕0=0,1⊕1=0-----------任何数异或自己=把自己置0

按位异或的几个常见用途:

(1) 使某些特定的位翻转

例如对整数2#10100001的第2位和第3位翻转,则可以将该数与2#00000110进行按位异或运算。

2#10100001 XOR 2#00000110 = 2#10100111

(2) 实现两个整数的交换,而不必使用临时变量。

例如交换两个整数a=2#10100001,b=2#00000110的值,可通过下列语句实现:

    a = a XOR b;   //a=2#10100111

    b = b XOR a;   //b=2#10100001

    a = a XOR b;   //a=2#00000110

位运算

位运算是把数字用二进制表示之后,对每一位上0或1的运算。理解位运算的第一步是理解二进制。二进制是指数字的每一位都是0或者1.比如十进制的2转化为二进制之后就是10。

其实二进制的运算并不是很难掌握,因为位运算总共只有5种运算:与、或、异或、左移、右移。如下表:

左移运算:

左移运算符SHL(m, n)表示把m左移n位。左移n位的时候,最左边的n位将被丢弃,同时在最右边补上n个0.比如:

SHL(2#00001010,2)”移位后的值为“2# 00101000”

SHL(2#10001010,3)”移位后的值为“2#01010000”

右移运算:

右移运算符SHR(m, n)表示把m右移n位。右移n位的时候,最右边的n位将被丢弃。但右移时处理最左边位的情形要稍微复杂一点。这里要特别注意,如果数字是一个无符号数值,则用0填补最左边的n位。如果数字是一个有符号数值,则用数字的符号位填补最左边的n位。也就是说如果数字原先是一个正数,则右移之后再最左边补n个0;如果数字原先是负数,则右移之后在最左边补n个1,下面是对两个8位有符号数作右移的例子:

SHR(2#00001010,2)”移位后的值为“2#00000010”

SHR(2#10001010,3)”移位后的值为“11110001”

关于移位的运算有这样的等价关系:把整数右移一位和把整数除以2在数学上是等价的。

SHL(a,1) ; //a左移一位等效于a = a * 2;

SHL(a,2) ; //a左移两位等效于a = a * 2的2次方(4);

计算机内部只识别1、0,十进制需变成二进制才能使用移位运算符SHL和SHR 。

j:INT:=8;

p :=SHL(j,1);

在这里,8左移一位就是8*2的结果16 。

移位运算是最有效的计算乘/除乘法的运算之一。

按位与(AND)其功能是参与运算的两数各对应的二进制位相与。只有对应的两个二进制位均为1时,结果位才为1,否则为0 。参与运算的数以补码方式出现。

先举一个例子如下:

题目:请实现一个程序,输入一个正整数,输出该数二进制表示中1的个数。

这里用到了这样一个知识点:把一个整数减去1,再和原整数做与运算,会把该整数最右边一个1变成0 。 那么一个整数的二进制表示中有多少个1,就可以进行多少次这样的操作。

总结:把一个整数减去1之后再和原来的整数做位的与运算,得到的结果相当于是把整数的二进制表示中的最右边一个1变成0 。

位运算的应用可以运用于很多场合:

清零特定位(mask中特定位置0,其它位为1 , s = s AND mask)。

取某数中指定位(mask中特定位置,其它位为0, s = s AND mask)。

举例:输入两个整数m和n,计算需要改变m的二进制表示中的多少位才能得到n。

解决方法:第一步,求这两个数的异或;第二步,统计异或结果中1的位数。

接下来我们再举一例,就可以更好的说明移位运算了:用一条语句判断一个整数是不是2的整数次方。

解决思路:一个整数如果是2的整数次方,那么它的二进制表示中有且只有一位是1,而其它所有位都是0 。 根据前面的分析,把这个整数减去1后再和它自己做与运算,这个整数中唯一的1就变成0了。

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