位运算详解：按位与、按位或、按位异或

"这篇文章主要介绍了计算机编程中的三种按位运算：按位与、按位或和按位异或，以及它们在实际应用中的用途。" 在计算机编程中，特别是涉及低级别位操作时，按位与(&)、按位或(|)和按位异或(^)运算符扮演着重要角色。这些运算符工作在二进制级别，对整数的每一位进行处理，而不是整个数值。 1. 按位与运算： 按位与运算符"&"是一个双目运算符，它对两个操作数的二进制表示进行逐位比较。只有当两个对应位都是1时，结果位才会是1，否则结果位为0。这种运算常用于以下场景： a. 清零特定位：如果想清除一个数的特定位，可以设置一个掩码，该掩码在需要清零的位置为0，其余位置为1，然后用按位与运算(s = s & mask)。 b. 保留特定位：如果要保持某个数的特定位不变，而清除其他位，可以使用一个掩码，其在需要保留的位置为1，其余位置为0，同样用按位与运算(s = s & mask)。 2. 按位或运算： 按位或运算符 "|" 也是一个双目运算符，其运算规则是：对于两个操作数的每个对应位，只要有一个位是1，结果位就是1。这常用于： a. 设置特定位：如果要在一个数的特定位置设置1，而不改变其他位，可以使用一个掩码，该掩码在需要置1的位置为1，其余位置为0，然后用按位或运算(s = s | mask)。 3. 按位异或运算： 按位异或运算符"^"同样为双目运算符。如果两个对应的二进位相同，结果位为0；如果不同，结果位为1。按位异或有以下应用： a. 取反特定位：通过使用一个掩码，可以在特定位置翻转一个数的位，而其他位保持不变(s = s ^ mask)。 b. 不用额外变量交换两个变量的值：这是一种巧妙的方法，通过异或操作可以实现a和b的值互换，无需引入第三个变量。具体步骤如下： - a = a1 ^ b1 - a = a ^ b (此时a的值已经交换到了b的位置) - b = a1 ^ b1 ^ b (再次异或，b的值会回到a1) 4. 求反运算： 求反运算符 "~" 是一个单目运算符，它对操作数的每一位进行取反，即0变为1，1变为0。这个运算主要用于创建掩码或者对数值进行位反转。 这些按位运算在各种场景下都有应用，比如在位字段处理、内存管理、数据编码和解码，以及优化算法中。理解和熟练运用这些运算符能帮助程序员更好地控制和操纵数据。在实际编程中，尤其是低级语言如C或C++中，按位运算经常被用来提高程序效率和解决特定问题。