Python整数类型的按位运算有哪些

# Python整数类型的按位运算有哪些

按位运算（Bitwise Operations）是直接对整数在内存中的二进制位进行操作的技术。Python提供了完整的按位运算符，适用于所有整数类型（包括负数的补码形式）。这些运算在底层开发、加密算法、网络协议等领域有广泛应用。

## 一、Python支持的按位运算符

### 1. 按位与（AND）`&`
```python
a = 0b1100  # 12
b = 0b1010  # 10
print(bin(a & b))  # 输出: 0b1000 (8)

• 规则：对应位都为1时结果为1，否则为0
• 典型应用：掩码操作、清零特定位

2. 按位或（OR）|

print(bin(a | b))  # 输出: 0b1110 (14)

• 规则：对应位有任意一个为1时结果为1
• 典型应用：设置特定位为1

3. 按位异或（XOR）^

print(bin(a ^ b))  # 输出: 0b0110 (6)

• 规则：对应位不同时结果为1
• 典型应用：交换变量值、简单加密

4. 按位取反（NOT）~

print(bin(~a), ~a)  # 输出: '-0b1101' -13

• 规则：所有位取反（注意Python使用补码表示负数）
• 特性：~x = -x - 1

5. 左移位<<

print(bin(a << 2))  # 输出: 0b110000 (48)

• 规则：所有位向左移动，右侧补0
• 等效于：乘以2^n（需考虑溢出）

6. 右移位>>

print(bin(a >> 2))  # 输出: 0b11 (3)

• 规则：所有位向右移动，左侧补符号位（算术右移）
• 等效于：除以2^n（向下取整）

二、特殊注意事项

1. 负数处理：

   print(~-5)  # 输出4，因为~-x = x-1
   

2. 移位运算边界：

   • 左移位数超过类型宽度时，Python会自动扩展
   • 右移负数时保持符号位不变

3. 大整数支持： Python的整数无大小限制，运算时会自动处理

三、实际应用案例

1. 快速乘除

x = 32
print(x << 3)  # 等效于 x*8 = 256
print(x >> 2)  # 等效于 x//4 = 8

2. 权限控制

READ = 0b001
WRITE = 0b010
EXEC = 0b100

permission = READ | WRITE
print(permission & READ)  # 检查读权限

3. 颜色处理（RGB）

red = 0xFF0000
green = 0x00FF00
blue = 0x0000FF

purple = red | blue

四、与逻辑运算符的区别

五、性能特点

1. 按位运算通常比算术运算更快
2. 在CPython中，小整数（-5到256）有缓存优化
3. 大整数运算会涉及内存分配

掌握这些按位运算技巧，可以让你在Python中实现更底层的操作和性能优化。建议在实际项目中多尝试这些运算，特别是在处理二进制数据或需要位级控制时。 “`