位运算符

位运算符只能对int类型的数据进行计算，位运算符的计算方式是按照整数在内存中的二进制形式进行计算。python的位运算符一共有6种，分别是: 按位与，按位或，按位异或，按位取反，左移，右移运算。位运算符是一种非常底层的操作，因此它的效率很高。

运算符 描述 实例
& 按位与运算符：参与运算的两个值,对应为都为1，则结果位为1，否则为0 1 & 2 = 0
| 按位或运算符：参与运算的两个值，对应位只要有一个为1，结果位则为1 1 | 2 = 3
^ 按位异或运算符：参与计算的连个值，对应位不同，则结果位为1，对应位相同，则结果位为0 1 ^ 2 = 3
~ 按位取反运算符：对数据的每个二进制位取反,即把1变为0,把0变为1 ~5 = 2
<< 左移动运算符：运算数的各二进位全部左移若干位，高位丢弃，低位补0。 2 << 2= 8
>> 右移动运算符：参与运算的值的各二进位全部右移若干位 8 >> 1 = 4

位运算是在2进制的层面上对数据进行计算，下面逐个解释上表中的例子，在32位机器上，c语言中的int类型数据占4个字节，也就是32个比特位，3的二进制表示形式为

00000000 00000000 00000000 00000011

在python语言中，一个int类型占多少字节不是固定的，因此下面的讲解中，我在描述一个数值的二进制时，低8位。

& 按位与运算符

1 的二进制表示形式是 00000001
2 的二进制表示形式是 00000010

对应为进行与运算，只有都为1时，结果位才会为1，因此最终结果为为 0000000，转成10进制是0

下面再举一个例子，你自己可以同时进行运算

1 & 3 = 1

00000001    1的二进制
00000011    3的二进制

00000001    1的二进制

| 按位或运算符

1 的二进制表示形式是 00000001
2 的二进制表示形式是 00000010

对应为只要有一个是1，那么结果位就是1，对应位都是0，则结果位是0，最终结果是00000011 ，转换成10进制是3

下面再举一个例子，你自己可以实验一下

4  |  8 = 12

00000100   4的二进制
00001000   8的二进制

00001100   12的二进制

^ 按位异或运算符

1 的二进制表示形式是 00000001
2 的二进制表示形式是 00000010

对应位不同，则结果位是1，对应位相同，则结果位是0，计算结果为00000011，转换成10进制为3

下面再举一个例子，你自己可以实验一下

4 ^ 5 = 1

00000100   4的二进制
00000101   5的二进制

00000001   1的二进制

~ 按位取反运算符

按位取反时，二进制的0变成1，1变成0

理解按位取反运算，先要理解几个基本概念

  1. 原码
  2. 反码
  3. 补码

原码： 一个整数，按照绝对值大小转换成的二进制数，称为原码，2 的原码是10， -3的原码是11

反码： 将二进制数按位取反，所得的新二进制数称为原二进制数的反码

**补码：**反码加1称为补码

计算~5的结果：

  1. 5 的2进制表示是 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101
  2. 按位取反后是1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1010，结果是-6，最高位是1表明它是一个负数
  3. 负数在计算机中使用补码来存储，负数的补码是其反码加1并在前面加一个负号，-6的补码是0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101，加1后并在前面加一个负号的结果是-0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110

按位取反计算逻辑可以总结为： ~n = -(n+1)

print(bin(~5))

程序输出结果

-0b110

<< 左移动运算符

2 << 2
2 的二进制表示形式 00000010
向左移动2位后变成 00001000

左移动，相当于乘2，左移动多少，就乘多少次2

3 << 4 等价于 3 * (2*4) = 316 = 48

>> 右移动运算符

8 >> 1

8的二进制表示形式 00001000
向右移动1， 00000100 ,转成10进制是4

右移动，相当于除2，右移动多少，就除多少次2

17 >> 2 等价于17除 2**2 ,等价于17/4 = 4

00010001   17的二进制
向右移动两位

00000100   转成10进制是4