C#位運運算元的基本用法介紹

2022-08-27 14:01:12

位運運算元包括：| 按位元或 OR，& 按位元與 AND，^ 按位元互斥或 XOR，~ 取反 NOT，<< 左移 Left Shift，>> 右移 Right Shift，等等。本篇體驗位運運算元在C#中的應用。

進位制轉換

因為位運算是在二進位制基礎上進行的，所以進位制轉換是位運算的前提。

十進位制轉換成二進位制

比如，把10進位制的數783轉換成二進位制，經過下面10個步驟。

把餘數從下到上拼接起來，就是783的二進位制，即1100001111。

在C#中，如果是Int16型別，意味著有16位元整型數。對於783來說，如果表示成Int16型別，不足16位元的話，要在前面補0，即要在1100001111補6個0，完整的表示是：0000001100001111。同樣的道理，如果是Int32型別，意味著有32位元整型數。

如何把-783轉換成Int16型別的二進位制呢？

→我們知道正數783表示成Int16型別的二進位制是：0000001100001111
→在每個位置上倒轉，即如果是1就變成0，反之亦然，倒轉後變成：1111110011110000
→再加上1，變成：1111110011110001

二進位制轉換成十進位制

比如，把Int16型別的二進位制數0000000100010110轉換成十進位制，經過下面的16個步驟。

從右向左，依次乘以2的n次方。

把所有的結果加起來：
0 + 2 + 4 + 0 + 16 + 0 + 0 + 0 + 256 + 0 = 2 + 4 + 16 + 256 = 278
所以，0000000100010110的十進位制數是278。

如何把一個Int16型別的負二進位制數轉換成十進位制呢？

比如有這樣的一個二進位制數：1111111111010011(Int16型別，第一位是數位1表示負數，第一位是數位0表示正數)
→每個位置上反轉變成：0000000000101100
→進過計算，得到的十進位制數是：44
→再加1，得到：45
→再變成負數，得到：-45

| 按位元或操作符

假設，十進位制數38和53進行按位元或計算。
→經過計算，十進位制數38的二進位制表達是00100110，十進位制數538的二進位制表達是00110101。
→對| 按位元或操作符來說，只要對應的二個二進位有一個為1時，結果就為1。

→把得到的00110111轉換成十進位制就是：55

如果用C#表示就是：

byte result = 38 | 53;

& 按位元與操作符

假設，十進位制數76和231進行按位元與計算。
→經過計算，十進位制數76的二進位制表達是01001100，十進位制數231的二進位制表達是11100111。
→對& 按位元與操作符來說，只要對應的二個二進位有一個為0時，結果就為0。

→把得到的 01000100轉換成十進位制就是：68

如果用C#表示就是：

byte result = 76 & 231;

^ 按位元互斥或操作符

假設，十進位制數138和43進行按位元與計算。
→經過計算，十進位制數138的二進位制表達是10001010，十進位制數43的二進位制表達是00101011。
→對^ 按位元互斥或操作符來說，當兩對應的二進位相異時，結果為1。

→把得到的10100001轉換成十進位制就是：161

如果用C#表示就是：

byte result = 138 ^ 43 ;

例子1：使用^ 按位元互斥或交換2個數

int x = 4; 
int y = 6;
x ^= y;
y ^= x;
x ^= y;
Console.WriteLine(x); //6
Console.WriteLine(y); //4

以上過程是這樣的：

(1)x ^= y，相當於x = x ^ y

x的二進位制是：00100
y的二進位制是：00110
x和y進行互斥或，結果是：00010
x轉換成十進位制後，x為：2

(2)y ^= x，相當於y = y ^ x

y的二進位制是：00110
x的二進位制是：00010
y和x進行互斥或，結果是：00100
y轉換成十進位制後，y為：4

(3)x ^= y，相當於x = x ^ y

x的二進位制是：00010
y的二進位制是：00100
x和y進行互斥或，結果是：00110
x轉換成十進位制後，x為：6

例子2：使用^按位元互斥或進行加密運算

string msg = "這是我要加密的string字串";
string k = "mypassword";
for(int i = 0; i < msg.Length; i++)
{
    sb.Append((char)(msg[i] ^ k[i % k.Length]));
}
Console.WriteLine(sb.ToString());

~ 取反操作符

假設，十進位制數52進行取反計算。
→經過計算，十進位制數52的二進位制表達是00110100
→對~ 取反操作符來說，對應的二進位數按位元求反，0變成1，1變成0

→把得到的11001011轉換成十進位制就是：203

如果用C#表示就是：

byte result = ~52;

x << n 左移運運算元

每位向左移動n位，右邊空缺的位置補0。
假設，十進位制數154進行左移。

如果用C#表示就是：

byte b1 = 154;
byte b2 = (byte)b1 << 1;
Console.Writeline(b2);//結果是52，二進位制是00110100

x >> n 右移運運算元

每位向右移動n位，左邊空缺的位置補0。
假設，十進位制數155進行右移。

如果用C#表示就是：

byte b1 = 155;
byte b2 = (byte)(b1 >> 1);
Console.WriteLine(b2); // 結果: 77

總結：
| 按位元或操作符來說，只要對應的二個二進位有一個為1時，結果就為1
& 按位元與操作符來說，只要對應的二個二進位有一個為0時，結果就為0
^ 按位元互斥或操作符來說，當兩對應的二進位相異時，結果為1
~ 取反操作符來說，對應的二進位數按位元求反，0變成1，1變成0
x << n 左移運運算元，每位向左移動n位，右邊空缺的位置補0
x >> n 右移運運算元，每位向右移動n位，左邊空缺的位置補0

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