Python位运算详解：原码、反码、补码及按位操作

"自学Python位运算相关知识" 在Python编程中，位运算是处理二进制数字的一种高效方式，尤其在底层系统编程和数据处理中非常常见。本文将深入讲解Python中的位运算，包括原码、反码、补码的概念以及各种位运算符的使用。 ### 1. 原码、反码和补码 计算机内部存储和处理数值时，通常使用二进制的补码表示法。原码就是数字的二进制形式，其中最高位代表符号位，0表示正数，1表示负数。正数的原码和补码相同，负数的补码是其原码除符号位外所有位取反再加1。 - **原码**：直接的二进制表示，如`00000011`代表正3，`10000011`代表负3。 - **反码**：正数不变，负数符号位保持不变，其他位取反，如`11111100`是-3的反码。 - **补码**：正数不变，负数的反码加1，如`11111101`是-3的补码。 ### 2. 按位非操作 `~` 按位非操作符`~`会将一个数的每个位进行取反。对于有符号整数，包括符号位在内，0变成1，1变成0。例如，`~5`（即`00000101`的补码）结果为`11111010`，这是-6的补码表示。 ### 3. 按位与操作 `&` 按位与操作符`&`会比较两个数的对应位，只有当两位置都是1时，结果位才为1。例如，5（`00000101`）与6（`00000110`）进行按位与，得到`00000100`，即4。 ### 4. 按位或操作 `|` 按位或操作符`|`只要两个数的对应位有一个是1，结果位就为1。如5（`00000101`）与6（`00000110`）按位或，得到`00000111`，即7。 ### 5. 按位异或操作 `^` 按位异或操作符`^`只有当两个数的对应位不同时，结果位才为1。例如，5（`00000101`）异或6（`00000110`），得到`00000011`，即3。异或操作具有交换律和结合律，如`A^B == B^A`且`(A^B)^A = A^(B^A) = B`。 ### 6. 按位左移操作 `<<` 按位左移操作符`<<`将一个数的二进制表示向左移动指定的位数。例如，`5 << 2`（`00000101`）左移两位变成`00101000`，即16。 ### 7. 按位右移操作 `>>` 按位右移操作符`>>`将一个数的二进制表示向右移动指定的位数。对于正数，右移相当于除以2的幂次；对于负数，根据补码规则，右移可能会产生不同的结果，取决于具体的实现。 位运算在处理二进制数据时非常有用，例如在编码、解码、设置或清除特定位、计算位掩码等方面。了解并熟练掌握这些概念和运算符，可以提高代码的效率和可读性，特别是在需要底层控制和优化性能的场景下。