Swift 按位和移位运算符

在本教程中，您将学习 Swift 中的不同位操作。它们用于表达式中的位级计算。

位用来表示二进制数字。一个二进制数字可以有两个可能的值0或1。作为一个初级程序员，您不必在位级别使用操作。

使用原始数据类型，例如：integer, float, boolean, string等就足够了。在处理低级编程时，您可能需要在位级工作。

除了基本运算符外，Swift 还提供了一组丰富的操作符来操作位。这些运算符类似于逻辑运算符，只是它们处理数据(位)的二进制表示。

按位运算符是用于更改操作数的各个位的运算符。 操作数是在其中执行运算的变量或常量。

以下列出了swift中可用的所有位运算符：

1.按位非运算符

它由波浪符 ~ 表示，并可以应用于单个操作数。 这会将所有位反转。 即将1更改为0，将0更改为1。

如果x是一个保存二进制值（即0或1）的变量/常量，则x变量的按位非运算可以表示在下表中：

示例1：无符号整数的按位非运算符

let initalNumber:UInt8 = 1 
let invertedNumber = ~initalNumber 
print(invertedNumber)

当您运行上述程序时，输出将是：

254

在上面的程序中，语句let initalNumber:UInt8 = 1 的类型为Unsigned int，大小为8位。因此，十进制的1可以表示为00000001二进制。

按位非运算符会更改变量或常量的所有位，位0会更改为1，而1会更改为0。因此，反向数字包含位11111110。将其转换为十进制后，它表示为254。因此，语句 print（invertedNumber ）在屏幕上输出254。

也可以直接在位中执行按位运算符，如下所示：

示例2：以位为单位的按位非运算符

let initialBits: UInt8 = 0b11111111
let invertedBits = ~initialBits  
print(invertedBits)

当您运行上述程序时，输出将是：

0

initialBits包含二进制值11111111，它对应于十进制255。 为了用二进制表示数字，我们在文字中以0b作为前缀。 如果没有0b作为前缀，它将把它当作普通整数对待，并且会出现溢出错误（UInt8只能存储0到255之间的数字）。

由于我们使用了按位非运算符，因此将所有1都更改为0。因此，常量reverseBits包含00000000，这等效于UInt8中的0。

示例3：有符号整数的按位非运算符

let initalNumber:Int = 1 
let invertedNumber = ~initalNumber 
print(invertedNumber)

当您运行上述程序时，输出将是：

-2

在上面的程序中，十进制的1可以二进制表示为00000001。 按位非运算符将更改变量或常量的所有位，将位0更改为1，将1更改为0。因此，反转数字包含位11111110。这应在屏幕中输出254。 而是返回-2。 奇怪吧？ 让我们在下面看看这是如何发生的。

let initalNumber: Int = 1是一个有符号 Int，可以同时包含正整数和负整数。这就是为什么当我们对有符号整数应用非运算符时，返回的二进制数也可能表示负数。

编译器如何将 -2 解释 为11111110 二进制形式？

编译器使用二进制补码表示整数。 要获得整数的二进制补码负号，您应该首先以二进制形式写出数字，然后将数字取反，然后在结果中加一个。

求-2的补码的步骤：

1. 以二进制形式写2： 00000010

2. 反转数字。0变为1，而1变为0：11111101

3. 加1： 11111110

这就是编译器将二进制数1111110解释为十进制中的-2的方式。 但是，编译器有一个我们没有注意到的小问题。 它还推断 invertedNumber 的类型为Int8类型。

为了理解这一点，让我们看下面的实例：

print(Int8(bitPattern: 0b11111110))
print(0b11111110)

当您运行上述程序时，输出将是：

-2
254

在上面的示例中，编译器仅对带符号的8位整数将二进制数处理为十进制的-2。因此，语句print(Int8(bitPattern: 0b11111110))在屏幕上输出-2。

但是对于大小为32/64位并且可以容纳较大值的普通整数类型，它将值解释为254。因此，语句在屏幕上print(0b11111110)输出254。

2.按位与运算符

它由 & 表示，可以应用于两个操作数。AND运算符比较两个位，如果两个位均为1，则返回1，否则返回0。

如果x和y是变量/常量，保存二进制值，即0或1。x和y上的位与运算可表示为下表：

示例5：按位与运算

let xBits = 0b10000011
let yBits = 0b11111111
let result = xBits & yBits
print("Binary:",String(result, radix: 2))
print(result)

当您运行上述程序时，输出将是：

Binary: 10000011
131

在上面的程序中，语句 let result=xBits&yBits 组合了两个操作数xBits和yBits的位。 如果这两个位都是1，则返回1，否则返回0。

String(value , radix: )初始值设定项用于表示不同数制中的数字。 如果我们提供基数值2。它将数字转换为二进制数系统。 同样，我们可以用16表示十六进制，用10表示十进制。

该语句print("Binary:",String(result, radix: 2))在屏幕上输出 Binary：10000011。10000011等于十进制的131，语句print(result)在控制台中输出131。

3.按位或运算符

它由 |表示，并且可以应用于两个操作数。如果按位或运算符的一个或多个输入为1，则将两个位相比较并生成结果1，否则为0。

如果x和y是保持二进制值（即0或1）的变量/常数，则x和y的按位或运算可以表示为下表：

示例6：按位或运算

let xBits = 0b10000011
let yBits = 0b11111111
let result = xBits | yBits
print("Binary:", String(result, radix: 2))
print(result)

当您运行上述程序时，输出将是：

Binary: 11111111
255

在上面的程序中，let result = xBits | yBits 语句结合了两个常量 xBits 和 yBits 的位。如果任何位都是1，则返回1，否则返回0。

该语句 print("Binary:",String(result, radix: 2)) 在屏幕上输出Binary：11111111。由于11111111与255十进制等效，因此print(result)语句在屏幕上输出255。

4.按位异或运算符

它由^表示，可以应用于两个操作数。异或运算符比较两个位，如果只有一个输入是1，则生成结果1，否则返回0。

如果x和y是变量/常量，保存二进制值，即0或1。x和y上的位异或运算可表示为下表：

示例7：按位异或运算

let xBits = 0b10000011
let yBits = 0b11111111
let result = xBits ^ yBits
print("Binary:", String(result, radix: 2))
print(result)

当您运行上述程序时，输出将是：

Binary: 1111100
124

在上面的程序中，let result = xBits ^ yBits 语句结合了两个常量 xBits 和 yBits 的位。如果其中一个位正好是1，则返回1，否则返回0。

该语句print("Binary:",String(result, radix: 2))在屏幕上输出Binary：1111100（相当于01111100）。由于1111100等效124于十进制，因此语句print(result)在屏幕上输出124。

5.按位移位运算符

该运算符用于将数字中的所有位向左或向右移动一定数量的位置，并且可以应用于单个操作数。它表示为<<或>>。

移位运算符有两种：

按位左移运算符

• 表示为 <<

• 它会导致位向左移位，该移位是由数字后跟 << 指定的。

• 移位操作空出的位位置用零填充。

• 将整数的位左移一个位置会使其值加倍

示例8：按位左移运算符

let someBits:UInt8 = 0b11000100
print(someBits << 1)

当您运行上述程序时，输出将是：

136

在上面的程序中，我们使用了左移运算符。使用<<1表示将位向左移动1。这些数字向左移动一个位置，右侧的最后一个数字填充零。

您还可以看到从左侧“末端”移位的数字丢失。 它不会再次从右侧绕回。 将其向左移位一位将从二进制中移除1，并在右侧添加0以填充移位值，而其他位的其余位则向左位置移位1。

返回10001000，相当于UInt8中的136。因此，print(someBits<<1) 语句在屏幕中输出136。

按位右移运算符

• 表示为 >>

• 它会导致位向右移位，移位的数字后跟 >>

• 对于无符号数字，移位操作腾出的位位置是零填充的。

• 对于带符号的数字（也可以为负的数字），符号位用于填充腾出的位位置。换句话说，如果数字为正，则使用0；如果数字为负，则使用1。

• 向右移动一个位置，其值将减半。

示例9：无符号整数的按位右移运算符

let someBits: UInt8 = 4     
print(someBits >> 1)

当您运行上述程序时，输出将是：

2

在上面的程序中，我们对无符号整数使用了右移运算符。使用 >>1意味着将位向右移动1。移位操作腾出的位位置对于无符号整数总是零填充。

因为，4在二进制中表示为00000100。右移一位，返回00000010，相当于UInt8中的2。因此，print(someBits>>1) 语句在屏幕中输出2。

示例10：有符号整数的按位右移运算符

let someBits:Int = -4     
print(someBits >> 1)

当您运行上述程序时，输出将是：

-2

在上面的程序中，我们对无符号整数使用了右移运算符。 与正数不同，使用>>表示负数，使用1填充空位，而不是0。

因为，-4在二进制中表示为11111100。右移一位并将1置于空位，返回11111110，这相当于Int8类型的-2。因此，print（someBits>>1）语句在屏幕中输出-2。