项目需求
为了减少上传的数据量，用一个int类型的数据表示几个boolean类型的变量，用每一位的0代表false，用1代表true，这样一个int值可以代表多个这种类型的变量了。
项目实现
我们知道，Java 中的 int 类型占用 4 个字节（32 位）。在 Java 中，int 类型的取值范围是从 -2,147,483,648 到 2,147,483,647。这个固定的字节大小使得 int 在不同平台上具有一致性。
所以，可以使用位运算将多个 boolean 类型的变量压缩成一个 int 类型的值。
public class BooleanBitPack {
private int packedData;
// 设置第 index 位的值
public void set(int index, boolean value) {
if (value) {
packedData |= (1 << index); // 设置为 1
} else {
packedData &= ~(1 << index); // 设置为 0
}
}
// 获取第 index 位的值
public boolean get(int index) {
return (packedData & (1 << index)) != 0; // 判断该位是否为 1
}
// 示例用法
public static void main(String[] args) {
BooleanBitPack packer = new BooleanBitPack();
// 设置 boolean 变量
packer.set(0, true); // 第 0 位为 true
packer.set(1, false); // 第 1 位为 false
packer.set(2, true); // 第 2 位为 true
packer.set(3, true); // 第 3 位为 true
// 获取 boolean 变量
System.out.println(packer.get(0)); // true
System.out.println(packer.get(1)); // false
System.out.println(packer.get(2)); // true
System.out.println(packer.get(3)); // true
}
}
- packedData 用于存储所有的 boolean 值，每一位代表一个 boolean。
- set(int index, boolean value) 方法用于设置指定索引的 boolean 值。
- get(int index) 方法用于获取指定索引的 boolean 值。
位运算的解释
将多个 boolean 值压缩到一个 int 值中的原理主要依赖于 位操作（bit manipulation）。
位的概念
一个 int 类型在 Java（或大多数编程语言）中通常是 32 位的。这意味着它可以表示 2^32 种不同的值。通过使用每一位的 0 和 1，可以有效地存储多种信息。
使用位来表示布尔值
每一位可以表示一个布尔值：
0 表示 false
1 表示 true
因此，一个 int 值可以用来表示最多 32 个布尔值（32 位）。
位操作
- 按位与（&）：可以用来检查某一位是否为 1。
- 按位或（|）：可以用来设置某一位为 1。
- 按位非（~）：可以用来翻转位的值。
- 左移（<<）：可以用来将某一位移动到指定位置，用于设置位的操作。
- 右移（>>）：可以用来获取某一位的值。
举个例子，位移操作:
1 << index:
这是一个左移操作，将数字 1 向左移动 index 位。
例如，如果 index 是 2，1 在二进制中是 0000 0001，左移两位后变为 0000 0100（即十进制的 4）。
结果是一个只有第 index 位为 1，其他位为 0 的整数。
优点
- 节省空间：通过将多个布尔值存储在一个整数中，可以显著减少内存使用。
- 高效性：位操作速度快，因为它们直接在底层进行处理。
具体操作
- 设置布尔值：
要设置第 index 位为 true，可以使用 packedData |= (1 << index)，这会把 packedData 的第 index 位设为 1。
要设置为 false，可以使用 packedData &= ~(1 << index)，这会把 packedData 的第 index 位设为 0。
- 获取布尔值：
要获取第 index 位的布尔值，可以使用 (packedData & (1 << index)) != 0，这会检查 packedData 的第 index 位是否为 1。
代码详细解释
- 设置某一位为 1
packedData |= (1 << index) 的原理:
|= 是按位或操作符。
它的作用是将两个数的对应位进行比较，如果其中至少有一个位为 1，则该位的结果为 1。
- 举个例子
假设 packedData 当前值为 0000 0000（0），我们希望设置第 2 位（index = 2）为 1。
计算 1 << index:
- 1 << 2 得到 0000 0100（即 4）。
执行 packedData |= (1 << index):
- 计算 0000 0000 | 0000 0100:
- 结果是 0000 0100。
- 这就把 packedData 的第 2 位设置为 1。
- 设置某一位为 0
packedData &= ~(1 << index) 的原理:
&= 是按位与操作符。
& 只有在两个数的对应位都是 1 时结果才为 1，否则为 0。
~ 是按位取反操作符，它会把 0 变成 1，把 1 变成 0。
- 举个例子
假设 packedData 当前值为 0000 0100（4），我们希望将第 2 位（index = 2）设置为 0。
计算 1 << index:
- 1 << 2 得到 0000 0100（即 4）。
取反 ~(1 << index):
- ~0000 0100 得到 1111 1011（即 -5，若用补码表示）。
执行 packedData &= ~(1 << index):
- 计算 0000 0100 & 1111 1011:
- 结果是 0000 0000。
- 这就把 packedData 的第 2 位设置为 0。
总结
- 利用位运算可以高效地操作一个整数中的多个布尔值，每一位代表一个布尔值。
- |= 操作用于将某一位设置为 1，而 &= 结合取反操作用于将某一位设置为 0。
- 这种方法节省了内存，允许我们在一个整数中存储多个状态，特别适合需要管理多个开关的场景。