位运算(C/C++)

1. 基础知识

程序中的所有数在计算机内存中都是以二进制的形式储存的。位运算就是直接对整数在内存中的二进制位进行操作。比如,and运算本来是一个逻辑运算符,但整数与整数之间也可以进行and运算。举个例子,6的二进制是110,11的二进制是1011,那么6 and 11的结果就是2,它是二进制对应位进行逻辑运算的结果(0表示False,1表示True)。

在一个二进制数中,最右边的位称为第 0 位,从右往左一次递增。

2. 位运算的常见运用

2.1 求一个数N的二进制表示中第k位是几?

解题步骤:1:把二进制数的第 k 位移动到第 0 位,即:N >> k。

                  2:将移动后的结果 & 1,得到的数即是最的结果。

例如:一个整数10,求它的二进制表示中第三位是几?10 的二进制表示为:1010,向右移动 3 位:0001。0001 & 1 = 1,故 10 的第三位是 1。

2.2 一个数N的二进制中最右侧的1

例如:一个数的二进制表示为:10101000,则将最右侧的 1 连同后面的 0 一起,输出该二进制串表示的数字,即:1000 表示的数字 8。

解题方法:将该数去进行一个 lowbit 操作就行。lowbit(x) : x & (-x)。

下面以整数 int N = 40 来举例分析。我们可以先求出结果:40 的二进制表示为:101000,最终结果就是1000 表示的数字 8 。

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剑指 Offer 15. 二进制中1的个数 - 力扣(LeetCode)

题目描述:编写一个函数,输入是一个无符号整数(以二进制串的形式),返回其二进制表达式中数字位数为 '1' 的个数(也被称为 汉明重量).)。

有了上面 lowbit(N) 的思路,相比之前的讲解又可以得到一种新的解法了。

http://t.csdn.cn/oIMpdicon-default.png?t=N176http://t.csdn.cn/oIMpd解题思路:我们将 n 进行 lowbit 操作,然后让 n 减去 lowbit 的结果,直到 n 为0,统计减去的次数即为结果。

uint32_t lowbit(uint32_t x)
{
    return x & -x;
}

int hammingWeight(uint32_t n) {
    int count = 0;
    while(n)
    {
        n -= lowbit(n);
        count++;
    }
    return count;
}

 2.3 交换两个数

有道笔试题是这样的:给你两个数 A,B,在不使用第三个变量的前提下交换 A,B。

这道题可以用 加法的方式求解。我们这里讲解位运算的方式哈。代码如下:

int main()
{
	int A = 1, B = 0;

	A = A ^ B;
	B = A ^ B;
	A = A ^ B;

	printf("A: %d B: %d", A, B);
	return 0;
}

 关于这个就是:B ^ B = 0。A ^ B ^ B = A ^ 0 = A。只需要把握住这一点就行了。

原题链接:

面试题 17.04. 消失的数字 - 力扣(LeetCode)

题目描述:数组nums包含从0n的所有整数,但其中缺了一个。请编写代码找出那个缺失的整数。你有办法在O(n)时间内完成吗?

将缺少一个元素的数组全部异或,结果在与不缺少的数组异或,其中相等的数字会被异或掉,剩下的就是缺失的数字(两次异或中只有一个的数字)。注意:异或是支持交换律和结合律的。

例如:缺失的数组为:0 1 3,那么缺失的数字就是:0 ^ 1 ^ 3 ^ 0 ^ 1 ^ 2 ^ 3 = 2。将缺失的数组与完整的数组异或。

int missingNumber(int* nums, int numsSize){
    int r = 0;
    for(int i = 0; i< numsSize;i++)
    {
        r^=nums[i];
    }
    for(int i = 0; i <= numsSize;i++)
    {
        r^=i;
    }
    return r;
}

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