写这篇文章是因为看golang源码的时候，经常会出现位运算。有时看着有点懵，所以写篇文章记录下。同时该文章也会探讨我们在生产中的哪些场景可以使用位运算。
计算机的世界万物都是二进制(都是0和1)，位运算本质上就是对这些0和1直接进行操作。常见的操作方式会将编程语言转换为二进制，而位运算省略了转换步骤，所以它的效率会更高。
golang中常见的位运算有:
| 运算符号 |
用途 |
| & |
与运算, 两个二进制都为1则结果为1, 其他情况均为0 |
| | |
或运算, 只要有一个二进制为1, 结果就为1 |
| ^ |
异或运算, 两个二进制不同, 结果为1 |
| ~ |
取反运算, 0变1, 1变0 |
| << |
左移运算, 高位丢弃, 低位补0 |
| >> |
右移运算, 低位丢弃, 无符号数高位补0, 有符号数高位补符号 |
tips: golang中可以使用fmt.Printf("%b", num)得到一个变量的二进制。
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func main() {
a := 10
b := 13
// output: a: 1010, b: 1101
fmt.Printf("a: %b, b: %b\n", a, b)
// 与运算
// output: 1000
fmt.Printf("%b\n", a&b)
// 或运算
// output: 1111
fmt.Printf("%b\n", a|b)
// 异或运算
// output: 0111
fmt.Printf("%b\n", a^b)
// 左移
// output: 0001 0100
fmt.Printf("%b\n", a<<1)
// 右移
// output: 0000 0101
fmt.Printf("%b\n", a>>1)
}
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上面的代码演示了，golang中常见的几种位运算操作
接下来看看实战中可以如何运用
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func main() {
a := 10
b := 7
aResult := a & 1
bResult := b & 1
// output: a: 0, b: 1
fmt.Printf("a: %v, b: %v\n", aResult, bResult)
}
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之前判断奇偶数可以用%，也可以用位运算。我们用&(与运算)。
判断奇偶数本质上就是看最后一个二进制位是0(偶数)还是1(奇数)。这里目标数和1进行&，如果结果为0说明是偶数，反之则为奇数。
- 左移n位等价于乘以2的n次方
- 右移n位等价于乘以2的n次方
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i := 1
// i * (2的1次方)
i << 1
// i * (2的2次方)
i << 2
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读者通常可以对一篇博客进行点赞、收藏和评论的操作。
这里我们利用左移运算来定义三个常量:
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const (
// 0000 0001
Like = 1 << iota
// 0000 0010
Collect
// 0000 0100
Comment
)
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如果想要给某个文章添加能力，可以使用|(或运算):
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state := Like | Collect | Comment
// output: 0000 0111
fmt.Printf("%b\n", state)
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新赋值的变量state就拥有了点赞、收藏、评论的状态了。
要取消某个变量的状态，可以使用^(异或运算):
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state = state ^ Comment
// output: 0000 0011
fmt.Printf("%b\n", state)
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使用异或之后，对应的状态位，因为二进制相同，就被置为0了(取消能力)。
校验某个变量是否具有该能力，使用&(与运算):
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// output: true
fmt.Printf("%v\n", (state&Like) == Like)
// output: false
fmt.Printf("%v\n", (state&Comment) == Comment)
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完整代码:
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const (
// 0000 0001
Like = 1 << iota
// 0000 0010
Collect
// 0000 0100
Comment
)
func main() {
state := Like | Collect | Comment
// output: 0000 0111
fmt.Printf("%b\n", state)
state = state ^ Comment
// output: 0000 0011
fmt.Printf("%b\n", state)
// output: true
fmt.Printf("%v\n", (state&Like) == Like)
// output: false
fmt.Printf("%v\n", (state&Comment) == Comment)
}
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这里主要是用到了二进制位运算的特性。
- 左右移，利用二进制的错位，每个二进制都代表着不同的状态
- 或运算，可以给对应变量添加某种状态
- 与运算，判断变量是否具有该状态
- 异或运算，取消某个变量的状态
sync.mutex中就用到了位运算:
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type Mutex struct {
state int32
sema uint32
}
const (
mutexLocked = 1 << iota // mutex is locked
mutexWoken
mutexStarving
)
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结构体中的state就是一个4字节的整形数字。
它有3个状态: mutexLocked: 0000 0001, mutexWoken: 0000 0010, mutexStarving: 0000 0100。分别代表是否被锁住，是否唤醒，是否处于饥饿模式。至于实现原理则不在本文讨论范围内。