位运算实现加减乘除
数据在计算机内存中是以二进制存储的。 几种常用的位运算:
与运算&: 对应位均为1时为1,其它为0。
或运算|: 对应位均为0时为0,其它为1。
异或运算^: 对应位不相同时为1,相同时为0.
按位取反~: 每一位取反
右移>>: 将二进制进行右移,低位丢掉,高位补零。
左移<<: 将二进制进行左移,低位补零,高位丢掉。
加
以0111 + 0101为例,观察异或运算和与运算的结果
0111 ^ 0101 = 0010; //结果的每一位等于对应位相加模二,刚好是不带进位的加法结果。
0111 & 0101 = 0101; //结果的1表示对应位相加为2,0表示对应位相加小于二,刚好是进位标识。
又因为进位是向高位进位,也就是说如果第二位是1,则表示在计算过程中要向第三位进位,所以可以将与运算结果左移一位后和异或运算的结果做加法。
代码如下:
int add(int a, int b)
{
return (b == 0) ?a: add(a^b, (a&b) << 1);
/*
if(b == 0)
return a;
else
return add(a^b,(a&b)<<1);
//异或结果 + 与运算结果左移一位
*/
}
减
减法和加法相同,减去一个数相当于加上这个数的相反数,所以完全可以利用加法操作,唯一需要做的就是求出被减数的相反数。
求相反数的方法:每一位取反,末位加一。
代码如下:
//求n的相反数
//~:按位取反
//add:加法操作,末位加一
int negtive(int n)
{
return add(~n,1);
}
int Sub(int a, int b)
{
return add(a, negtive(b));
}
乘
平时在笔算乘法数据都是十进制的,而抛去思维定势,把数看成是二进制,也可以进行笔算乘法,像这样
根据算式可以知道,对于a * b,每次只需要将a左移一位乘上b的对应位,然后同上一次的结果做加法即可。 也就意味着当b的对应位为1时,对a左移一位然后同上一次的结果做加法。 如果b的对应位为0,只对a左移一位。 当然,上述这些运算不包括符号位,所以两个操作数都需要先转换成正数,符号需要单独考虑。对于4个字节(32位整数)来说,获取符号位只需要取出第31位的值即可。
//获取符号位,判断是正负
int getSign(int n)
{
return n >> 31;
}
// 求绝对值
int PosAbs(int n)
{
return (getSign(n) & 1) ? negtive(n) : n;
}
int Mul(int a, int b)
{
//如果两个数符号位不相容,则结果为负
int flag = 0; //
if (getSign(a) ^ getSign(b))
flag = 1;
a = PosAbs(a);
b = PosAbs(b);
int res = 0;
while (b | 0)
{
//如果两个数符号位不相容,则结果为负
if (b & 1)
{
res = add(res, a);
}
a = a << 1;
b = b >> 1;
}
return flag == 1 ? negtive(res) : res;
}
除
int Div(int a, int b)
{
if (b == 0)
{
return 0;
}
int falg = 0;
if (getSign(a) ^ getSign(b))
falg = 1;
a = PosAbs(a);
b = PosAbs(b);
int res = 0;
while (a>=b)
{
res = add(res, 1);
a = Sub(a, b);
}
return falg == 1 ? negtive(res) : res;
}