Python位运算详解：原码、反码、补码与按位操作

Python位运算在编程中是一种非常高效的操作方式，它主要用于处理二进制数据。位运算的基础是计算机内部存储数值的方式，即使用二进制的补码表示法。在Python中，位运算符包括按位非(~)，按位与(&)，按位或(|)，按位异或(^)以及位移(<<，>>)。 1. 原码、反码和补码： - **原码**：直接表示二进制数，最高位为符号位，0代表正，1代表负。例如：00000011表示3，10000011表示-3。 - **反码**：正数的反码与原码相同，负数除符号位外，其余各位取反。例如：-3的反码是11111100。 - **补码**：正数的补码等于原码，负数的补码是其反码加1。-3的补码是11111101。 2. 按位运算： - **按位非 (~)**：对每个位进行取反操作。如~1得到00000000，即0；~0得到11111111，即-1。对于有符号整数，符号位也会取反。 - **按位与 (&)**：对应位都是1时结果才为1，如5 (00000101) & 6 (00000110) 得到4 (00000100)。 - **按位或 (|)**：只要对应位有一个是1，结果就为1，5 (00000101) | 6 (00000110) 得到7 (00000111)。 - **按位异或 (^)**：对应位不同则结果为1，5 (00000101) ^ 6 (00000110) 得到3 (00000011)。异或满足交换律和结合律。 - **位左移 (<<)**：数字的二进制位向左移动指定次数，相当于乘以2的指定次幂。如11 (00001011) << 3 得到88 (01011000)。 - **位右移 (>>)**：数字的二进制位向右移动指定次数，相当于除以2的指定次幂。如11 (00001011) >> 2 得到2 (00000010)。需要注意的是，负数右移时，高位置会被符号位填充。 3. 利用位运算实现快速计算： - **快速计算2的倍数**：n<<1可以快速计算出n乘以2的结果，而n>>1可以计算n除以2的结果（适用于非负整数）。 - **其他应用**：位运算在处理二进制数据、优化算法、节省内存等方面都有广泛的应用，例如在计算机网络中，IP地址和端口号的处理，或者在编码和解码过程中。 通过熟练掌握这些位运算，开发者可以编写更高效、更简洁的代码，尤其是在处理大量数据或需要高性能计算的场景下。在Python中，位运算符通常用于底层操作，比如处理字节、解析二进制数据流或者实现高效的算法。在实际编程中，理解并灵活运用这些概念是至关重要的。