Python Language
Bitweise Operatoren
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Einführung
Bitweise Operationen ändern binäre Zeichenfolgen auf Bitebene. Diese Operationen sind unglaublich einfach und werden vom Prozessor direkt unterstützt. Diese wenigen Operationen sind für die Arbeit mit Gerätetreibern, Low-Level-Grafik, Kryptografie und Netzwerkkommunikation erforderlich. Dieser Abschnitt enthält nützliche Kenntnisse und Beispiele für die bitweisen Operatoren von Python.
Syntax
x << y # Bitweise Linksverschiebung
x >> y # Bitweise Rechtsverschiebung
x & y # Bitweise UND
x | y # Bitweise ODER
~ x # Bitweise NICHT
x ^ y # Bitweise XOR
Bitweises AND
Der Operator & führt ein binäres AND aus , wobei ein Bit kopiert wird, wenn es in beiden Operanden vorhanden ist. Das bedeutet:
# 0 & 0 = 0
# 0 & 1 = 0
# 1 & 0 = 0
# 1 & 1 = 1
# 60 = 0b111100
# 30 = 0b011110
60 & 30
# Out: 28
# 28 = 0b11100
bin(60 & 30)
# Out: 0b11100
Bitweises ODER
Die | Der Operator führt ein binäres "oder" aus, wobei ein Bit kopiert wird, wenn es in einem der Operanden vorhanden ist. Das bedeutet:
# 0 | 0 = 0
# 0 | 1 = 1
# 1 | 0 = 1
# 1 | 1 = 1
# 60 = 0b111100
# 30 = 0b011110
60 | 30
# Out: 62
# 62 = 0b111110
bin(60 | 30)
# Out: 0b111110
Bitweises XOR (exklusives ODER)
Der Operator ^ führt eine binäre XOR aus, in der eine binäre 1 genau dann kopiert wird, wenn es sich um den Wert genau eines Operanden handelt. Eine andere Möglichkeit dies zu sagen ist, dass das Ergebnis nur 1 , wenn die Operanden unterschiedlich sind. Beispiele beinhalten:
# 0 ^ 0 = 0
# 0 ^ 1 = 1
# 1 ^ 0 = 1
# 1 ^ 1 = 0
# 60 = 0b111100
# 30 = 0b011110
60 ^ 30
# Out: 34
# 34 = 0b100010
bin(60 ^ 30)
# Out: 0b100010
Bitweise Linksverschiebung
Der Operator << führt eine bitweise "Linksverschiebung" aus, bei der der Wert des linken Operanden um die vom rechten Operanden angegebene Anzahl Bits nach links verschoben wird.
# 2 = 0b10
2 << 2
# Out: 8
# 8 = 0b1000
bin(2 << 2)
# Out: 0b1000
Das Durchführen einer Verschiebung um 1 nach links entspricht der Multiplikation mit 2 :
7 << 1
# Out: 14
Das Durchführen einer Verschiebung des linken Bits um n entspricht der Multiplikation mit 2**n :
3 << 4
# Out: 48
Bitweise Rechtsverschiebung
Der Operator >> führt eine bitweise "Rechtsverschiebung" aus, bei der der Wert des linken Operanden um die vom rechten Operanden angegebene Anzahl von Bits nach rechts verschoben wird.
# 8 = 0b1000
8 >> 2
# Out: 2
# 2 = 0b10
bin(8 >> 2)
# Out: 0b10
Das Durchführen einer Verschiebung um 1 nach rechts entspricht der Division von Ganzzahlen durch 2 :
36 >> 1
# Out: 18
15 >> 1
# Out: 7
Das Durchführen einer Verschiebung um n rechts nach rechts entspricht der ganzzahligen Division um 2**n :
48 >> 4
# Out: 3
59 >> 3
# Out: 7
Bitweises NICHT
Der Operator ~ dreht alle Bits in der Zahl um. Da Computer vorzeichenbehaftete Zahlendarstellungen verwenden - vor allem die Zweierkomplementschreibweise zur Kodierung negativer Binärzahlen, wobei negative Zahlen mit einer führenden Zahl (1) anstelle einer führenden Null (0) geschrieben werden.
Das bedeutet, wenn Sie 8 Bits für die Darstellung Ihrer Zweierkomplement-Zahlen verwenden, würden Sie Muster von 0000 0000 bis 0111 1111 , dass sie Zahlen von 0 bis 127 darstellen, und 1xxx xxxx für negative Zahlen.
Acht-Bit-Zwei-Komplement-Zahlen
| Bits | Vorzeichenloser Wert | Zwei-Komplementwert |
|---|---|---|
| 0000 0000 | 0 | 0 |
| 0000 0001 | 1 | 1 |
| 0000 0010 | 2 | 2 |
| 0111 1110 | 126 | 126 |
| 0111 1111 | 127 | 127 |
| 1000 0000 | 128 | -128 |
| 1000 0001 | 129 | -127 |
| 1000 0010 | 130 | -126 |
| 1111 1110 | 254 | -2 |
| 1111 1111 | 255 | -1 |
Im Wesentlichen bedeutet dies, dass 1010 0110 einen vorzeichenlosen Wert von 166 hat (durch Hinzufügen von (128 * 1) + (64 * 0) + (32 * 1) + (16 * 0) + (8 * 0) + (4 * 1) + (2 * 1) + (1 * 0) ) hat es einen Zweierkomplementwert von -90 (durch Hinzufügen von (128 * 1) - (64 * 0) - (32 * 1) - (16 * 0) - (8 * 0) - (4 * 1) - (2 * 1) - (1 * 0) und den Wert ergänzen).
Auf diese Weise reichen negative Zahlen bis -128 ( 1000 0000 ). Null (0) wird als 0000 0000 und minus Eins (-1) als 1111 1111 .
Im Allgemeinen bedeutet dies jedoch ~n = -n - 1 .
# 0 = 0b0000 0000
~0
# Out: -1
# -1 = 0b1111 1111
# 1 = 0b0000 0001
~1
# Out: -2
# -2 = 1111 1110
# 2 = 0b0000 0010
~2
# Out: -3
# -3 = 0b1111 1101
# 123 = 0b0111 1011
~123
# Out: -124
# -124 = 0b1000 0100
Beachten Sie , dass die Gesamtwirkung dieses Vorgangs bei Anwendung auf positive Zahlen zusammengefasst werden kann:
~n -> -|n+1|
Bei einer Anwendung auf negative Zahlen lautet der entsprechende Effekt:
~-n -> |n-1|
Die folgenden Beispiele veranschaulichen diese letzte Regel ...
# -0 = 0b0000 0000
~-0
# Out: -1
# -1 = 0b1111 1111
# 0 is the obvious exception to this rule, as -0 == 0 always
# -1 = 0b1000 0001
~-1
# Out: 0
# 0 = 0b0000 0000
# -2 = 0b1111 1110
~-2
# Out: 1
# 1 = 0b0000 0001
# -123 = 0b1111 1011
~-123
# Out: 122
# 122 = 0b0111 1010
Inplace-Operationen
Alle Bitwise-Operatoren (außer ~ ) verfügen über eine eigene Version
a = 0b001
a &= 0b010
# a = 0b000
a = 0b001
a |= 0b010
# a = 0b011
a = 0b001
a <<= 2
# a = 0b100
a = 0b100
a >>= 2
# a = 0b001
a = 0b101
a ^= 0b011
# a = 0b110
