Opérations sur les bits en C++ et leurs compétences d'application

Les opérations au niveau du bit en C++ sont une méthode de calcul couramment utilisée par les programmeurs. En utilisant des opérations au niveau du bit pour traiter les données, certaines tâches informatiques complexes peuvent être effectuées plus efficacement. Cet article présente les symboles d'opérations sur bits courants en C++ et leurs techniques d'application, ainsi que quelques exemples qui peuvent être utilisés dans le développement réel.

1. Symboles d'opération au niveau du bit

C++ fournit six symboles d'opération au niveau du bit qui peuvent opérer sur des bits binaires, dont quatre sont des opérateurs au niveau du bit et les deux autres sont des opérateurs de décalage. Les symboles d'opération au niveau du bit sont les suivants :

& Opération ET au niveau du bit : Le résultat est 1 lorsque les deux bits binaires sont 1, sinon il est 0.

| Opération OR au niveau du bit : le résultat est 0 lorsque les deux bits binaires sont 0, sinon il est 1.

^ Opération XOR au niveau du bit : si deux bits binaires sont identiques, le résultat est 0, et si les deux bits binaires sont différents, le résultat est 1.

~ Opération de négation au niveau du bit : annulez le bit binaire, c'est-à-dire que 0 devient 1 et 1 devient 0.

Les symboles d'opération de décalage sont les suivants :

Opération de décalage à droite : décalez le nombre binaire vers la droite du nombre de chiffres spécifié et remplissez les bits de poids fort avec 0 ou 1 (selon que le nombre d'origine est positif ou négatif).

2. Compétences d'application

Les opérations sur les bits sont largement utilisées dans les opérations informatiques de bas niveau. De nombreux algorithmes efficaces peuvent être réalisés grâce à des techniques intelligentes d'opération sur les bits. Voici quelques techniques couramment utilisées :

2.1 Détermination de la parité

Pour un nombre binaire, lorsque son dernier chiffre est 1, le nombre est impair, et vice versa. Par conséquent, nous pouvons déterminer la parité d’un nombre grâce à des opérations sur les bits.

Pour tout entier n, si le résultat de n & 1 est 0, cela signifie que n est un nombre pair, sinon c'est un nombre impair. Par exemple :

int n = 5;
if( n & 1 ){

cout << "奇数" << endl;

}
else {

cout << "偶数" << endl;

}

2.2 Échanger les valeurs de deux nombres

Échanger les valeurs de deux variables , généralement La méthode consiste à utiliser une troisième variable pour stocker la valeur de l'une des variables, puis à lui attribuer la valeur de l'autre variable. Cependant, l'utilisation d'opérations sur bits ne nécessite pas l'utilisation d'espace de stockage supplémentaire, mais peut être implémentée directement via des opérations XOR sur bits, c'est-à-dire :

int a = 10, b = 20 ; b ^ a;
a = a ^ b;

Après l'exécution, la valeur de la variable a est 20, la valeur de la variable b est 10 et les valeurs des deux variables sont interchangées.

2.3 Le nombre de 1 dans les nombres binaires

Lors du calcul du nombre de 1 dans les nombres binaires, vous pouvez utiliser l'opération & + décalage vers la droite pour l'accumuler et le résoudre un par un. La méthode d'implémentation spécifique est la suivante :

int countOne(unsigned int n){

int count = 0;

while (n != 0){

   if (n & 1 == 1){
       count++;
   }
   n = n >> 1; //右移一位

}

return count;

}

2.4 Obtenez le i- ème bit en binaire

Nous pouvons utiliser l'opération de décalage à gauche pour décaler le nombre 1 vers la gauche de i - 1 bits, puis utiliser l'opération AND au niveau du bit & pour obtenir le i-ème bit du nombre binaire. La méthode d'implémentation spécifique est la suivante :

bool getBit(unsigned int n, int i){

return (n & (1 << i)) !=0 ;

}

2.5 Définissez le i-ième bit du nombre binaire sur 1

Décalez le chiffre 1 vers la gauche de i bits, puis décalez ce binaire. Effectuez une opération OU au niveau du bit sur le nombre et le numéro d'origine pour définir le i-ième bit du nombre d'origine sur 1.

unsigned int setBit(unsigned int n, int i){

return n | (1 << i);

}

2.6 Définissez le i-ème bit du nombre binaire sur 0

Décalez le numéro 1 vers la gauche de i bits, puis inversez et fusionnez le nombre binaire Effectuez une opération ET au niveau du bit avec le nombre d'origine pour définir le i-ième bit du nombre d'origine sur 0.

unsigned int clearBit(unsigned int n, int i){

return n & ~(1 << i);

}

Exemples d'application

Les opérations sur les bits ont également de nombreuses applications dans le développement réel. Certaines tâches connexes peuvent être effectuées plus efficacement grâce aux opérations sur les bits d'octet. Par exemple, dans le traitement d'image, les pixels de l'image sont souvent binarisés, les limites supérieure et inférieure sont définies sur 0 et 255 et la valeur du pixel cible est modifiée sur 0 ou 255. Un traitement efficace peut être obtenu à l'aide d'opérations sur bits. L'exemple de code est le suivant ：

for (int i = 0; i < img.rownum(); i++){

for (int j = 0; j < img.colnum(); j++){        
    if (img.at(i,j) < threshold){
        img.at(i,j) = 0; //设为0
    }
    else {
        img.at(i,j) = 255; //设为255
    }
}

}

En opérant sur des chiffres binaires, de nombreux algorithmes et structures de données efficaces peuvent également être implémentés, tels que les bitmaps, les tables de hachage, etc.

En bref, les opérations au niveau du bit sont un outil puissant et sont largement utilisées en programmation. La maîtrise des symboles et des techniques d'opération sur bits peut jouer un rôle actif dans la mise en œuvre d'algorithmes et de structures de données efficaces et dans l'amélioration de l'efficacité du fonctionnement des programmes.

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