按位运算和用法

Question

考虑以下代码：

x = 1        # 0001
x << 2       # Shift left 2 bits: 0100
# Result: 4

x | 2        # Bitwise OR: 0011
# Result: 3

x & 1        # Bitwise AND: 0001
# Result: 1

我可以理解Python（和其他语言）中的算术运算符，但我从来没有很好地理解过“按位”运算符。在上面的示例中（来自Python书籍），我理解左移位，但不理解其他两个。

此外，位运算符实际用于什么？我想举一些例子。

Answer 1

位运算符的实际用途是什么？我想举一些例子。

例如，这里有一个Python函数，它接受像#FF09BE这样的字符串，并返回其红色、绿色和蓝色值的元组。

def hexToRgb(value):
    # Convert string to hexadecimal number (base 16)
    num = (int(value.lstrip("#"), 16))

    # Shift 16 bits to the right, and then binary AND to obtain 8 bits representing red
    r = ((num >> 16) & 0xFF)

    # Shift 8 bits to the right, and then binary AND to obtain 8 bits representing green
    g = ((num >> 8) & 0xFF)

    # Simply binary AND to obtain 8 bits representing blue
    b = (num & 0xFF)
    return (r, g, b)

我知道有更有效的方法来实现这一点，但我相信这是一个非常简洁的例子，说明了移位和按位布尔运算。

Answer 2

一种典型用法：

|用于将某个位设置为1

>

设置位（其中n为位号，0为最低有效位）：

无符号字符a |=（1）

清楚一点：

无符号字符b

稍微切换一下：

无符号字符c^=（1）

测试一点：

无符号字符e=d

以你的列表为例：

x | 2用于将x的位1设置为1

x

Answer 3

按位运算符是处理多位值的运算符，但在概念上是一次一位。

• AND只有当两个输入都为1时才为1，否则为0。
• OR如果一个或两个输入都是1，则为1，否则为0。
• XOR只有当其中一个输入为1时才为1，否则为0。
• 仅当输入为0时才为1，否则为0。

这些通常可以最好地显示为真值表。输入可能性在顶部和左侧，结果位是输入交叉点处显示的四个值之一（非的情况下为两个，因为它只有一个输入）。

AND | 0 1     OR | 0 1     XOR | 0 1    NOT | 0 1
----+-----    ---+----     ----+----    ----+----
 0  | 0 0      0 | 0 1       0 | 0 1        | 1 0
 1  | 0 1      1 | 1 1       1 | 1 0

一个例子是，如果您只需要整数的低位4位，则可以使用15（二进制1111）将其与之相加，因此：

    201: 1100 1001
AND  15: 0000 1111
------------------
 IS   9  0000 1001

在这种情况下，15中的零位有效地起到过滤器的作用，迫使结果中的位也为零。

另外，

所以，例如：

1001 0101 >> 2 gives 0010 0101
1111 1111 << 4 gives 1111 0000

请注意，Python中的左移是不寻常的，因为它没有在丢弃位时使用固定宽度——虽然许多语言基于数据类型使用固定宽度，但Python只是扩展宽度以适应额外的位。为了在Python中获得丢弃行为，您可以使用按位和进行左移位，例如在8位值中左移位四位：

bits8 = (bits8 << 4) & 255

考虑到这一点，按位运算符的另一个例子是，如果你有两个4位值，你想打包成一个8位值，你可以使用所有三个运算符（左移位、和和或者）：

packed_val = ((val1 & 15) << 4) | (val2 & 15)

如果val1为7，而val2为4：

                val1            val2
                ====            ====
 & 15 (and)   xxxx-0111       xxxx-0100  & 15
 << 4 (left)  0111-0000           |
                  |               |
                  +-------+-------+
                          |
| (or)                0111-0100