Swift 按位和移位運算符 · Programiz 中文系列教程

# Swift 按位和移位運算符 > 原文： [https://www.programiz.com/swift-programming/bitwise-operators](https://www.programiz.com/swift-programming/bitwise-operators) #### 在本教程中，您將學習 Swift 中的不同按位運算。這些用于表達式中的位級別計算。位用于表示二進制數字。二進制數可以有兩個可能的值 0 或 1。作為初學者級程序員，您不必在位級別進行操作。使用原始數據類型，例如：整數，浮點數，布爾值，字符串等就足夠了。在處理[低級編程](https://en.wikipedia.org/wiki/Low-level_programming_language "Low level programming")時，可能需要在位級工作。除了[基本運算符](/swift-programming/operators "Swift operators")之外，Swift 還提供了豐富的運算符集來操作位。這些運算符與邏輯運算符相似，不同之處在于它們使用數據（位）的二進制表示形式工作。按位運算符是用于更改操作數的各個位的運算符。操作數是完成操作的變量或常量。迅速列出所有可用的按位運算符： * * * ## 1.按位非運算符它由代字號`~`表示，可以應用于單個操作數。這會將所有位反轉。即將 1 更改為 0，將 0 更改為 1。如果`x`是保存二進制值（即 0 或 1）的變量/常數，則`x`變量的按位非運算可以表示在下表中： | `x` | `~x` | | --- | --- | | 0 | 1 | | 1 | 0 | * * * ### 示例 1：無符號整數的按位非運算符 ```swift let initalNumber:UInt8 = 1 let invertedNumber = ~initalNumber print(invertedNumber) ``` 當您運行上述程序時，輸出將是： ```swift 254 ``` 在上面的程序中，語句`let initalNumber:UInt8 = 1`的類型為`Unsigned int`，大小為 8 位。因此，十進制的 1 可以表示為二進制的`00000001`。按位非運算符更改變量或常量的所有位，位 0 更改為 1，而 1 更改為 0。因此`invertedNumber`包含位`11111110`。將其轉換為十進制后，將其表示為 254。因此，語句`print(invertedNumber)`在屏幕中輸出 254。您還可以直接在位中執行按位運算符，如下所示： * * * ### 示例 2：以位為單位的按位非運算符 ```swift let initialBits: UInt8 = 0b11111111 let invertedBits = ~initialBits print(invertedBits) ``` 運行該程序時，輸出為： ```swift 0 ``` `initialBits`包含對應于十進制 255 的二進制值`11111111`。為了用二進制表示數字，我們在字面值中以`0b`作為前綴。如果沒有`0b`作為前綴，它將把它當作普通整數對待，并且會出現溢出錯誤（`UInt8`只能存儲 0 到 255 之間的數字）。由于我們使用了按位非運算符，因此將所有 1 都更改為 0。因此，常量`initialBits`包含`00000000`，它等于`UInt8`中的 0。 * * * ### 示例 3：帶符號整數的按位非運算符 ```swift let initalNumber:Int = 1 let invertedNumber = ~initalNumber print(invertedNumber) ``` 運行該程序時，輸出為： ```swift -2 ``` 在上面的程序中，十進制的 1 可以表示為`00000001`的二進制。按位非運算符更改變量或常量的所有位，位 0 更改為 1，1 更改為 0。因此，`invertedNumber`包含位`11111110`。這應該在屏幕中輸出 254。而是返回-2。奇怪吧？讓我們在下面探討這是如何發生的。 `let initalNumber:Int = 1`是一個可以容納正整數和負整數的有符號整數。這就是為什么當我們不對有符號整數應用運算符時，返回的二進制也可能表示負數的原因。 **編譯器如何將 -2 解釋為二進制形式的`11111110`？** 編譯器使用[二進制補碼](https://en.wikipedia.org/wiki/Two%27s_complement "Two's complement")表示整數。要獲得整數的二進制補碼負號，您應該首先以二進制形式寫出數字，然后反轉數字，然后在結果中加一個。 **找出 -2** 的二進制補碼的步驟： 1. 以二進制形式寫 2：`00000010` 2. 反轉數字。 0 變成 1，而 1 變成 0：`11111101` 3. 加 1：`11111110` 這就是編譯器將二進制數`1111110`解釋為十進制`-2`的方式。但是，編譯器有些許變化，我們沒有注意到。它還將`invertedNumber`的類型推斷為`Int8`類型。 * * * 為了理解這一點，讓我們看下面的例子： ```swift print(Int8(bitPattern: 0b11111110)) print(0b11111110) ``` 運行該程序時，輸出為： ```swift -2 254 ``` 在上面的示例中，編譯器僅對帶符號的 8 位整數將二進制數處理為十進制的-2。因此，語句`print(Int8(bitPattern: 0b11111110))`在屏幕上輸出 -2。但是對于大小為 32/64 位并且可以容納較大值的普通整數類型，它將其解釋為`254`。因此，語句`print(0b11111110)`在屏幕上輸出 **254**。 * * * ## 2.按位與運算符它由`&`表示，可以應用于兩個操作數。與運算符比較兩個位，如果兩個位均為 1，則返回 1，否則返回 0。如果`x`和`y`是變量/常數，且保持二進制值（即 0 或 1），則`x`和`y`的按位與運算如下表所示：與 | `x` | `y` | `x & y` | | --- | --- | --- | | 0 | 0 | 0 | | 0 | 1 | 0 | | 1 | 1 | 1 | | 1 | 0 | 0 | * * * ### 例 5：按位與運算 ```swift let xBits = 0b10000011 let yBits = 0b11111111 let result = xBits & yBits print("Binary:",String(result, radix: 2)) print(result) ``` 運行該程序時，輸出為： ```swift Binary: 10000011 131 ``` 在上面的程序中，語句`let result = xBits & yBits`組合了兩個操作數`xBits`和`yBits`的位。如果兩個位均為 1，則返回 1，否則返回 0。 `String(value , radix: )`初始化器用于表示不同編號系統中的編號。如果提供基數 2。它將數字轉換為二進制數系統。同樣，十六進制可以使用 16，十進制可以使用 10。語句`print("Binary:",String(result, radix: 2))`在屏幕上輸出`Binary: 10000011`。`10000011`等于十進制的 131，語句`print(result)`在控制臺中輸出 131。 * * * ## 3.按位或運算符它表示為`|`，可以應用于兩個操作數。如果按位或運算符的一個或多個輸入為 1，則將兩個位進行比較，并生成結果 1；否則為 0。如果`x`和`y`是變量/常數，且保持二進制值，即 0 或 1。則`x`和`y`的按位或運算如下表所示：或 | `x` | `y` | <code>x | y</code> | | --- | --- | --- | | 0 | 0 | 0 | | 0 | 1 | 1 | | 1 | 1 | 1 | | 1 | 0 | 1 | * * * ### 例 6：按位或運算 ```swift let xBits = 0b10000011 let yBits = 0b11111111 let result = xBits | yBits print("Binary:", String(result, radix: 2)) print(result) ``` 運行該程序時，輸出為： ```swift Binary: 11111111 255 ``` 在上述程序中，語句`let result = xBits | yBits`組合了兩個常量`xBits`和`yBits`的位。如果任何位為 1，則返回 1，否則返回 0。語句`print("Binary:",String(result, radix: 2))`在屏幕上輸出`Binary: 11111111`。由于`11111111`等于十進制的`255`，因此語句`print(result)`在屏幕上輸出 **255** 。 * * * ## 4.按位異或運算符它表示為`^`，可以應用于兩個操作數。如果異或運算符的輸入之一恰好是 1，則異或運算符將比較兩個位并生成結果 1，否則返回 0。如果`x`和`y`是變量/常數，且保持二進制值，即 0 或 1。則`x`和`y`的按位異或運算如下表所示：異或 | `x` | `y` | `x ^ y` | | --- | --- | --- | | 0 | 0 | 0 | | 0 | 1 | 1 | | 1 | 1 | 0 | | 1 | 0 | 1 | * * * ### 示例 7：按位異或操作 ```swift let xBits = 0b10000011 let yBits = 0b11111111 let result = xBits ^ yBits print("Binary:", String(result, radix: 2)) print(result) ``` 運行該程序時，輸出為： ```swift Binary: 1111100 124 ``` 在上述程序中，語句`let result = xBits ^ yBits`組合了兩個常量`xBits`和`yBits`的位。如果正好一位為 1，則返回 1，否則返回 0。語句`print("Binary:",String(result, radix: 2))`在屏幕上輸出`Binary：1111100`（相當于 01111100）。由于`1111100`等于十進制的`124`，因此語句`print(result)`在屏幕上輸出 **124**。 * * * ## 5.按位移位運算符該運算符用于將數字中的所有位向左或向右移動一定數量的位置，并且可以應用于單個操作數。它表示為`<<`或`>>`。移位運算符有兩種： * * * ### 按位左移運算符 * 表示為`<<` * 這會導致這些位向左移動，由`<<`后面的數字指定。 * 移位操作已騰空的位置用零填充。 * 將整數左移一位將其值加倍 * * * #### 例 8：按位左移運算符 ```swift let someBits:UInt8 = 0b11000100 print(someBits << 1) ``` 運行該程序時，輸出為： ```swift 136 ``` 在上面的程序中，我們使用了左移運算符。使用`<<` 1 表示將位向左移動 1。這些數字向左移動一個位置，右側的最后一個數字填充零。您還可以看到丟失的數字**從左側“移出”**。它不會從右側再次纏繞。將其向左移動一位將二進制文件中的 1 刪除，向右添加 0 以填充移位后的值，其余的其他位則向左移動 1。這將返回`10001000`，它等效于`UInt8`中的`136`。因此，`print(someBits << 1)`語句在屏幕上輸出 **136**。 * * * ### 按位右移運算符 * 表示為`>>` * 這會導致這些位向右移動數字，后跟`>>` * 對于無符號數字，移位操作已騰空的位位置為零。 * 對于帶符號的數字（也可以為負的數字），符號位用于填充騰出的位位置。換句話說，如果數字為正數，則使用 0；如果數字為負數，則使用 1。 * 向右移動一個位置可將其值減半。 * * * #### 示例 9：無符號整數的按位右移運算符 ```swift let someBits: UInt8 = 4 print(someBits >> 1) ``` 運行該程序時，輸出為： ```swift 2 ``` 在上面的程序中，我們對無符號整數使用了右移運算符。使用`>> 1`表示將位右移 1。移位操作已騰空的位位置始終在無符號整數上填充零。由于 4 以二進制形式表示為`00000100`。向右移動一位，返回`00000010`，它等效于`UInt8`中的`2`。因此，`print(someBits >> 1)`語句在屏幕上輸出 2。 * * * #### 示例 10：有符號整數的按位右移運算符 ```swift let someBits:Int = -4 print(someBits >> 1) ``` 運行該程序時，輸出為： ```swift -2 ``` 在上面的程序中，我們對無符號整數使用了右移運算符。與正數不同，對負數使用`>>`，使用 1 填充空位，而不是 0。由于`-4`用二進制表示為`11111100`。將其向右移動一位并將 1 放置在空閑位置，將返回`11111110`，與`Int8`類型的`-2`等效。因此，`print(someBits >> 1)`語句在屏幕上輸出 -2。