Classical Programming Problem - Bitwise Operation / 经典编程问题 - 位运算

Posted by Pengyu on February 8, 2016

1.判断奇偶 只要根据最未位是0还是1来决定,为0就是偶数,为1就是奇数。因此可以用if ((a & 1) == 0)代替if (a % 2 == 0)来判断a是不是偶数。

下面程序将输出0到100之间的所有奇数。

for (i = 0; i < 100; ++i)  

if (i & 1)

printf("%d ", i);  
putchar('\n');

2.交换两数

void Swap(int &a, int &b)  
{  

if (a != b)
{

a ^= b;  
b ^= a;  
a ^= b;  

}

}  

3.变换符号 变换符号就是正数变成负数,负数变成正数。

int SignReversal(int a)  
{  

return ~a + 1;

}

4.求绝对值

位操作也可以用来求绝对值,对于负数可以通过对其取反后加1来得到正数。对-6可以这样:

1111 1010(二进制) –取反->0000 0101(二进制) -加1-> 0000 0110(二进制)

来得到6。

因此先移位来取符号位,int i = a » 31;要注意如果a为正数,i等于0,为负数,i等于-1。然后对i进行判断——如果i等于0,直接返回。否之,返回~a+1。完整代码如下:

int my_abs(int a)  
{  

int i = a » 31;
return i == 0 ? a : (~a + 1);

}  

现在再分析下。对于任何数,与0异或都会保持不变,与-1即0xFFFFFFFF异或就相当于取反。因此,a与i异或后再减i(因为i为0或-1,所以减i即是要么加0要么加1)也可以得到绝对值。所以可以对上面代码优化下:

int my_abs(int a)  
{  

int i = a » 31;
return ((a ^ i) - i);

}

5.二进制中1的个数

统计二进制中1的个数可以直接移位再判断,当然像《编程之美》书中用循环移位计数或先打一个表再计算都可以。本文详细讲解一种高效的方法。以34520为例,可以通过下面四步来计算其二进制中1的个数二进制中1的个数。

第一步:每2位为一组,组内高低位相加

10 00 01 10  11 01 10 00

–>01 00 01 01 10 01 01 00

第二步:每4位为一组,组内高低位相加

0100 0101 1001 0100

–>0001 0010 0011 0001

第三步:每8位为一组,组内高低位相加

00010010 00110001

–>00000011 00000100

第四步:每16位为一组,组内高低位相加

00000011 00000100

–>00000000 00000111

这样最后得到的00000000 00000111即7即34520二进制中1的个数。类似上文中对二进制逆序的做法不难实现第一步的代码:

x = ((x & 0xAAAA) >> 1) + (x & 0x5555);

好的,有了第一步,后面几步就请读者完成下吧,先动动笔再看下面的完整代码

#include <stdio.h>  
template <class T>  
void PrintfBinary(T a)  
{  

int i;
for (i = sizeof(a) * 8 - 1; i >= 0; –i)
{

if ((a >> i) & 1)  
    putchar('1');  
else   
    putchar('0');  
if (i == 8)  
    putchar(' ');  

}
putchar(‘\n’);

}  
int main()  
{  

unsigned short a = 34520;
printf(“原数 %6d的二进制为: “, a);
PrintfBinary(a);



a = ((a & 0xAAAA) » 1) + (a & 0x5555);
a = ((a & 0xCCCC) » 2) + (a & 0x3333);
a = ((a & 0xF0F0) » 4) + (a & 0x0F0F);
a = ((a & 0xFF00) » 8) + (a & 0x00FF);
printf(“计算结果%6d的二进制为: “, a);
PrintfBinary(a);
return 0;

}

另一种方法:

int BitCount(unsigned int n)
{

int count = 0; // 计数器 while (n > 0) {

if((n & 1) == 1) // 当前位是1
    count++ ; // 计数器加1
n = n >> 1 ; // 移位

} return count ;

}

6.1 寻找只出现一次的数,其他数字均出现两次

int main()  
{          

const int MAXN = 15;
int a[MAXN] = {1, 347, 6, 9, 13, 65, 889, 712, 889, 347, 1, 9, 65, 13, 712};
int lostNum = 0;
for (int i = 0; i < MAXN; i++)

lostNum ^= a[i];  

printf(“缺失的数字为: %d\n”, lostNum);
return 0;

}

6.2 寻找只出现一次的数,其他数字均出现三次

public class Solution {
   public int singleNumber(int[] nums) {

int[] bit = new int[32];

int result = 0; 
for(int i=0;i<32;i++){
    for(int j=0;j<nums.length;j++){
        bit[i] += (nums[j]>>i) & 1;
        bit[i] %= 3;
    }
    result |= bit[i]<<i;
}
return result;

}

}

6.3 寻找只出现一次的两个数,其他数字均成对出现

public class Solution {

public int[] singleNumber(int[] nums) { int[] result = {0,0}; int xor = 0; for(int i=0;i<nums.length;i++){

xor ^= nums[i];

} int lastBit = xor & -xor; // get last bit with 1 for(int i=0;i<nums.length;i++){

if((lastBit & nums[i]) == 0)
     result[0] ^= nums[i];
else 
     result[1] ^= nums[i];

} return result; }

}

7.奇偶位交换

请编写程序交换一个数的二进制的奇数位和偶数位。(使用越少的指令越好) 给定一个int x,请返回交换后的数int。

public class Exchange {

public int exchangeOddEven(int x) {

// write code here
int oddVal = x & 0xAAAAAAAA;
int evenVal = x & 0x55555555;
return (oddVal>>1) | (evenVal<<1);

}

}