C++中的位运算及其应用技巧

C++中的位运算是程序员们常用的一种运算方法，通过使用位运算来处理数据能够更加高效地完成一些复杂的计算任务。本文介绍了C++中的常用位运算符号及其应用技巧，以及在实际开发中可能会用到的一些实例。

1. 位运算符号

C++中提供了六个位运算符号，这些符号能够对二进制位进行操作，其中四个是按位运算符，另外两个是移位运算符。按位运算符号如下：

& 按位与运算 ：两个二进制位都为1时结果为1，否则为0。

| 按位或运算 ：两个二进制位都为0时结果为0，否则为1。

^ 按位异或运算：两个二进制位相同结果为0，不同结果为1。

~ 按位取反运算：对二进制位取反，即0变成1，1变成0。

移位运算符号如下：

右移位运算：将二进制数向右移动指定的位数，高位补0或补1（取决于原数是正数还是负数）。

2. 应用技巧

位运算在计算机底层操作中被广泛应用，通过一些巧妙的位运算技巧能够实现很多高效的算法。下面介绍一些常用的技巧：

2.1 判断奇偶性

对于一个二进制数，它的最后一位为1时，该数字为奇数，反之亦然。因此，我们可以通过位运算来判断一个数的奇偶性。

对于任意一个整数n，n & 1 的结果如果为0，则说明n为偶数，否则为奇数。比如：

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

cout << "奇数" << endl;

}
else {

cout << "偶数" << endl;

}

2.2 交换两个数的值

将两个变量的值进行交换，一般的方法是使用第三个变量来存储其中一个变量的值，然后再将另一个变量的值赋给它。但是使用位运算可以不需要使用额外的空间来存储，而是直接通过位异或运算来实现，即：

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

执行后，变量a的值为20，变量b的值为10，两个变量的值实现了互换。

2.3 二进制中1的个数

在计算二进制数中1的个数时，可以使用&运算+右移位来逐个累加求解。具体实现方法如下：

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 获取二进制中的第i位

我们可以使用左移位运算将数字1左移 i - 1 位，再使用按位与运算 &，来获取二进制数中的第 i 位。具体实现方法如下：

bool getBit(unsigned int n, int i){

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

}

2.5 将二进制数中的第i位设为1

将数字1左移 i 位，然后将这个二进制数与原来的数字进行按位或运算即可将原数中的第i位设为1。

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

return n | (1 << i);

}

2.6 将二进制数中的第i位设为0

将数字1左移 i 位，然后将这个二进制数取反并与原来的数字进行按位与运算即可将原数中的第i位设为0。

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

return n & ~(1 << i);

}

3. 应用实例

位运算在实际开发中也有很多应用，通过字节位操作可以更加高效地完成一些相关任务。例如，在图像处理中，常常会将图片的像素进行二值化，将其上限和下限设置为0和255，将目标像素值变为0或255，使用位运算可以实现高效处理，代码示例如下：

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
    }
}

}

通过对二进制数位的操作，还可以实现很多高效的算法和数据结构，例如位图、哈希表等。

总之，位运算是一种强大的工具，在程序设计中的应用十分广泛。熟练掌握位运算符号和技巧，能够在实现高效算法和数据结构，提高程序运行效率方面起到积极作用。

以上是C++中的位运算及其应用技巧的详细内容。更多信息请关注PHP中文网其他相关文章！