java位运算的技巧有哪些

发布时间：2022-05-21 15:49:50 作者：iii
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Java位运算的技巧有哪些

位运算是一种直接对二进制位进行操作的运算方式，它在Java中有着广泛的应用。位运算不仅可以提高代码的执行效率，还能在某些场景下简化代码逻辑。本文将介绍Java中常用的位运算技巧，并通过示例代码展示其应用场景。

1. 位运算的基本概念

在Java中，位运算主要包括以下几种操作：

与运算（&）：两个位都为1时，结果才为1。
或运算（|）：两个位中有一个为1时，结果就为1。
异或运算（^）：两个位不同时，结果为1。
非运算（~）：对每一位取反，0变1，1变0。
左移运算（<<）：将二进制位向左移动指定的位数，低位补0。
右移运算（>>）：将二进制位向右移动指定的位数，高位补符号位（正数补0，负数补1）。
无符号右移运算（>>>）：将二进制位向右移动指定的位数，高位补0。

2. 位运算的技巧与应用

2.1 判断奇偶性

通过位运算可以快速判断一个整数是奇数还是偶数。具体方法是使用&运算符与1进行与运算：

public static boolean isOdd(int n) {
    return (n & 1) == 1;
}

如果n是奇数，n & 1的结果为1。
如果n是偶数，n & 1的结果为0。

2.2 交换两个数的值

使用异或运算可以在不使用临时变量的情况下交换两个数的值：

public static void swap(int a, int b) {
    a = a ^ b;
    b = a ^ b;
    a = a ^ b;
    System.out.println("a = " + a + ", b = " + b);
}

第一次异或运算后，a保存了a和b的异或结果。
第二次异或运算后，b保存了原来的a的值。
第三次异或运算后，a保存了原来的b的值。

2.3 判断一个数是否是2的幂次方

通过位运算可以快速判断一个数是否是2的幂次方。具体方法是使用&运算符与n-1进行与运算：

public static boolean isPowerOfTwo(int n) {
    return n > 0 && (n & (n - 1)) == 0;
}

如果n是2的幂次方，那么n的二进制表示中只有一个1，n & (n - 1)的结果为0。

2.4 计算一个数的绝对值

通过位运算可以快速计算一个整数的绝对值。具体方法是使用无符号右移运算和异或运算：

public static int abs(int n) {
    int mask = n >> 31;
    return (n ^ mask) - mask;
}

mask是n的符号位，如果n是负数，mask为-1（即全1），否则为0。
n ^ mask将n的符号位取反。
(n ^ mask) - mask将n转换为正数。

2.5 计算一个数的二进制表示中1的个数

通过位运算可以快速计算一个整数的二进制表示中1的个数。具体方法是使用n & (n - 1)不断消除最低位的1：

public static int countOnes(int n) {
    int count = 0;
    while (n != 0) {
        n = n & (n - 1);
        count++;
    }
    return count;
}

每次n & (n - 1)操作都会消除n的最低位的1，直到n变为0。

2.6 快速乘以2或除以2

通过左移和右移运算可以快速实现乘以2或除以2的操作：

public static int multiplyByTwo(int n) {
    return n << 1;
}

public static int divideByTwo(int n) {
    return n >> 1;
}

左移1位相当于乘以2。
右移1位相当于除以2。

2.7 判断一个数的符号

通过位运算可以快速判断一个整数的符号。具体方法是使用无符号右移运算：

public static int sign(int n) {
    return (n >> 31) | (~n >>> 31);
}

如果n是正数，n >> 31为0，~n >>> 31为1，结果为1。
如果n是负数，n >> 31为-1，~n >>> 31为0，结果为-1。
如果n是0，结果为0。

2.8 快速计算2的幂次方

通过左移运算可以快速计算2的幂次方：

public static int powerOfTwo(int n) {
    return 1 << n;
}

1 << n相当于2的n次方。

2.9 快速计算两个数的平均值

通过位运算可以快速计算两个整数的平均值，避免溢出问题：

public static int average(int a, int b) {
    return (a & b) + ((a ^ b) >> 1);
}

a & b计算两个数的相同部分。
a ^ b计算两个数的不同部分，右移1位相当于除以2。
将相同部分和不同部分的平均值相加，得到最终结果。

2.10 快速计算两个数的最大值或最小值

通过位运算可以快速计算两个整数的最大值或最小值：

public static int max(int a, int b) {
    return a & ((a - b) >> 31) | b & (~(a - b) >> 31);
}

public static int min(int a, int b) {
    return b & ((a - b) >> 31) | a & (~(a - b) >> 31);
}

(a - b) >> 31计算a - b的符号位，如果a < b，结果为-1，否则为0。
a & ((a - b) >> 31)和b & (~(a - b) >> 31)根据符号位选择a或b。

3. 总结

位运算在Java中是一种非常高效的运算方式，掌握位运算的技巧可以帮助我们编写出更加高效、简洁的代码。本文介绍了Java中常用的位运算技巧，包括判断奇偶性、交换两个数的值、判断一个数是否是2的幂次方、计算绝对值、计算二进制中1的个数、快速乘以2或除以2、判断符号、快速计算2的幂次方、计算平均值以及计算最大值或最小值等。希望这些技巧能够帮助你在实际开发中更好地应用位运算。