二进制运算实例

实际使用

位运算只可运用于整数，对于 float 和 double 不行。

• WebGL 游戏数据处理
• WebSockets、AJAX、Fetch、WebRTC 服务通信
• WebUSB、WebAudio 硬件通信
• Crypto 加密算法

1. 一些基本用法

位运算	功能	示例
x >> 1	去掉最后一位	101101->10110
x << 1	在最后加一个0	101101->1011010
x << 1 | 1	在最后加一个1	101101->1011011
x | 1	把最后一位变成1	101100->101101
x & -2	把最后一位变成0	101101->101100
x ^ 1	最后一位取反	101101->101100
x | (1 << (k-1))	把右数第k位变成1	101001->101101,k=3
x & ~ (1 << (k-1))	把右数第k位变成0	101101->101001,k=3
x ^(1 <<(k-1))	右数第k位取反	101001->101101,k=3
x & 7	取末三位	1101101->101
x & (1 << k-1)	取末k位	1101101->1101,k=5
x >> (k-1) & 1	取右数第k位	1101101->1,k=4
x | ((1 << k)-1)	把末k位变成1	101001->101111,k=4
x ^ (1 << k-1)	末k位取反	101001->100110,k=4
x & (x+1)	把右边连续的1变成0	100101111->100100000
x | (x+1)	把右起第一个0变成1	100101111->100111111
x | (x-1)	把右边连续的0变成1	11011000->11011111
(x ^ (x+1)) >> 1	取右边连续的1	100101111->1111
x & -x	去掉右起第一个1的左边	100101000->1000
x&0x7F	取末7位	100101000->101000
x& ~0x7F	是否小于127	001111111 & ~0x7F->0
x & 1	判断奇偶	00000111&1->1

// 取负数
console.log(~4 + 1); // -4
// 舍弃小数
console.log(~~1.5); // 1
// 取模（余数）
// i % 4 === i & (4 - 1)
console.log(1 % 4, 1 & 3); // 1 1

2. 交换两数

int swap(int a, int b)
{
    if (a != b)
    {
        a ^= b;
        b ^= a;
        a ^= b;
    }
}

3. 求绝对值

int abs(int a)
{
    int i = a >> 31;
    return ((a ^ i) - i);
}

4. 二分查找 32 位整数前导 0 个数

int nlz(unsigned x)
{
   int n;

   if (x == 0) return(32);
   n = 1;
   if ((x >> 16) == 0) {n = n +16; x = x <<16;}
   if ((x >> 24) == 0) {n = n + 8; x = x << 8;}
   if ((x >> 28) == 0) {n = n + 4; x = x << 4;}
   if ((x >> 30) == 0) {n = n + 2; x = x << 2;}
   n = n - (x >> 31);
   return n;
}

5. 二进制逆序

int reverse_order(int n){

  n = ((n & 0xAAAAAAAA) >> 1) | ((n & 0x55555555) << 1);
  n = ((n & 0xCCCCCCCC) >> 2) | ((n & 0x33333333) << 2);
  n = ((n & 0xF0F0F0F0) >> 4) | ((n & 0x0F0F0F0F) << 4);
  n = ((n & 0xFF00FF00) >> 8) | ((n & 0x00FF00FF) << 8);
  n = ((n & 0xFFFF0000) >> 16) | ((n & 0x0000FFFF) << 16);

  return n;
}

6. 二进制中 1 的个数

 unsigned int BitCount_e(unsigned int value) {
    unsigned int count = 0;
    // 解释下下面这句话代码，这句话求得两两相加的结果，例如 11 01 00 10
    // 11 01 00 10 = 01 01 00 00 + 10 00 00 10，即由奇数位和偶数位相加而成
    // 记 value = 11 01 00 10，high_v = 01 01 00 00， low_v = 10 00 00 10
    // 则 value = high_v + low_v，high_v 右移一位得 high_v_1，
    // 即 high_v_1 = high_v >> 1 = high_v / 2
    // 此时 value 可以表示为 value = high_v_1 + high_v_1 + low_v，
    // 可见 我们需要 high_v + low_v 的和即等于 value - high_v_1
    // 写简单点就是 value = value & 0x55555555 + (value >> 1) & 0x55555555;
    value = value - ((value >> 1) & 0x55555555);

    // 之后的就好理解了
    value = (value & 0x33333333) + ((value >> 2) & 0x33333333);
    value = (value & 0x0f0f0f0f) + ((value >> 4) & 0x0f0f0f0f);
    value = (value & 0x00ff00ff) + ((value >> 4) & 0x00ff00ff);
    value = (value & 0x0000ffff) + ((value >> 8) & 0x0000ffff);
    return value;

    // 另一种写法，原理一样，原因在最后一种解法中有提到
    //value = (value & 0x55555555) + (value >> 1) & 0x55555555;
    //value = (value & 0x33333333) + ((value >> 2) & 0x33333333);
    //value = (value & 0x0f0f0f0f) + ((value >> 4) & 0x0f0f0f0f);
    //value = value + (value >> 8);
    //value = value + (value >> 16);
    //return (value & 0x0000003f);
}

7. 字符串和字节互转

function stringToByte(str: string) {
  const bytes = [];
  let c: number;
  const len = str.length;
  for (let i = 0; i < len; i++) {
    c = str.charCodeAt(i);
    if (c >= 0x010000 && c <= 0x10ffff) {
      bytes.push(((c >> 18) & 0x07) | 0xf0);
      bytes.push(((c >> 12) & 0x3f) | 0x80);
      bytes.push(((c >> 6) & 0x3f) | 0x80);
      bytes.push((c & 0x3f) | 0x80);
    } else if (c >= 0x000800 && c <= 0x00ffff) {
      bytes.push(((c >> 12) & 0x0f) | 0xe0);
      bytes.push(((c >> 6) & 0x3f) | 0x80);
      bytes.push((c & 0x3f) | 0x80);
    } else if (c >= 0x000080 && c <= 0x0007ff) {
      bytes.push(((c >> 6) & 0x1f) | 0xc0);
      bytes.push((c & 0x3f) | 0x80);
    } else {
      bytes.push(c & 0xff);
    }
  }
  return bytes;
}

function byteToString(arr: any) {
  if (typeof arr === "string") {
    return arr;
  }
  let str = "";
  const _arr = arr;
  for (let i = 0; i < _arr.length; i++) {
    const one = _arr[i].toString(2),
      v = one.match(/^1+?(?=0)/);
    if (v && one.length == 8) {
      const bytesLength = v[0].length;
      let store = _arr[i].toString(2).slice(7 - bytesLength);
      for (let st = 1; st < bytesLength; st++) {
        store += _arr[st + i].toString(2).slice(2);
      }
      str += String.fromCharCode(parseInt(store, 2));
      i += bytesLength - 1;
    } else {
      str += String.fromCharCode(_arr[i]);
    }
  }
  return str;
}

charCodeAt 获取到值的范围 0 ～ 65536 ，按 8 bits 切成 4 个字节。

8. 使用左移运算符 << 迅速得出 2 的次方

1 << 2; // 4, 即 2的2次方
1 << 10; // 1024, 即 2的10次方

// 但是要注意使用场景, 非1的数字，会改变首位的正负
a = 2e9; // 2000000000
a << 1; // -294967296

9. 使用 ^ 切换变量 0 或 1

// --- before ---
// if 判断
if (toggle) {
  toggle = 0;
} else {
  toggle = 1;
}
// 三目运算符
togle = toggle ? 0 : 1;

// --- after ---
toggle ^= 1;

10. 使用~、>>、<<、>>>、|来取整

相当于使用了 Math.floor()

console.log(~~11.71); // 11
console.log(11.71 >> 0); // 11
console.log(11.71 << 0); // 11
console.log(11.71 | 0); // 11
console.log(11.71 >>> 0); // 11

11. 使用^判断符号是否相同

(a ^ b) >= 0; //  true 相同; false 不相同  复制代码

11. 使用 A + 0.5 | 0 来替代 Math.round()

如果是负数，用 A - 0.5 | 0

12. 使用&, >>, |来完成 rgb 值和 16 进制颜色值之间的转换

/**
 * 16进制颜色值转RGB
 * @param  {String} hex 16进制颜色字符串
 * @return {String}     RGB颜色字符串
 */
function hexToRGB(hex) {
  var hexx = hex.replace("#", "0x");
  var r = hexx >> 16;
  var g = (hexx >> 8) & 0xff;
  var b = hexx & 0xff;
  return `rgb(${r}, ${g}, ${b})`;
}

/**
 * RGB颜色转16进制颜色
 * @param  {String} rgb RGB进制颜色字符串
 * @return {String}     16进制颜色字符串
 */
function RGBToHex(rgb) {
  var rgbArr = rgb.split(/[^\d]+/);
  var color = (rgbArr[1] << 16) | (rgbArr[2] << 8) | rgbArr[3];
  return "#" + color.toString(16);
}
// -------------------------------------------------
hexToRGB("#ffffff"); // 'rgb(255,255,255)'
RGBToHex("rgb(255,255,255)"); // '#ffffff'

13. base64 转 blob

// 转换为 blob 直接传输 暂时无用
export const dataURItoBlob = (dataURI: string) => {
  // convert base64 to raw binary data held in a string
  // doesn't handle URLEncoded DataURIs
  var byteString = atob(dataURI.split(",")[1]);

  // separate out the mime component
  var mimeString = dataURI
    .split(",")[0]
    .split(":")[1]
    .split(";")[0];

  // write the bytes of the string to an ArrayBuffer
  var ab = new ArrayBuffer(byteString.length);
  var ia = new Uint8Array(ab);
  for (var i = 0; i < byteString.length; i++) {
    ia[i] = byteString.charCodeAt(i);
  }
  return new window.Blob([ia], { type: mimeString });
};

export const base64ToFile = (dataurl: string, filename: string) => {
  var arr = dataurl.split(","),
    // @ts-ignore
    mime = arr[0].match(/:(.*?);/)[1],
    bstr = atob(arr[1]),
    n = bstr.length,
    u8arr = new Uint8Array(n);
  while (n--) {
    u8arr[n] = bstr.charCodeAt(n);
  }
  return new File([u8arr], filename, { type: mime });
};

14. Base64 库

export const Base64 = {
  // private property
  _keyStr: "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/=",

  /**
   * 使用Base64编码字符串
   *
   * @param { string } input 待编码内容
   * @returns { string }
   */
  encode: (input) => {
    let output = "";
    let chr1, chr2, chr3, enc1, enc2, enc3, enc4;
    let i = 0;

    input = Base64._utf8_encode(input);

    while (i < input.length) {
      chr1 = input.charCodeAt(i++);
      chr2 = input.charCodeAt(i++);
      chr3 = input.charCodeAt(i++);

      enc1 = chr1 >> 2;
      enc2 = ((chr1 & 3) << 4) | (chr2 >> 4);
      enc3 = ((chr2 & 15) << 2) | (chr3 >> 6);
      enc4 = chr3 & 63;

      if (isNaN(chr2)) {
        enc3 = enc4 = 64;
      } else if (isNaN(chr3)) {
        enc4 = 64;
      }

      output =
        output +
        Base64._keyStr.charAt(enc1) +
        Base64._keyStr.charAt(enc2) +
        Base64._keyStr.charAt(enc3) +
        Base64._keyStr.charAt(enc4);
    }
    return output;
  },

  /**
   * 解码Base64字符串
   *
   * @param { string } input 待解码Base64字符串
   * @returns
   */
  decode: (input) => {
    let output = "";
    let chr1, chr2, chr3, enc1, enc2, enc3, enc4;
    let i = 0;

    input = input.replace(/[^A-Za-z0-9\+\/\=]/g, "");

    while (i < input.length) {
      enc1 = Base64._keyStr.indexOf(input.charAt(i++));
      enc2 = Base64._keyStr.indexOf(input.charAt(i++));
      enc3 = Base64._keyStr.indexOf(input.charAt(i++));
      enc4 = Base64._keyStr.indexOf(input.charAt(i++));

      chr1 = (enc1 << 2) | (enc2 >> 4);
      chr2 = ((enc2 & 15) << 4) | (enc3 >> 2);
      chr3 = ((enc3 & 3) << 6) | enc4;

      output = output + String.fromCharCode(chr1);

      if (enc3 != 64) {
        output = output + String.fromCharCode(chr2);
      }
      if (enc4 != 64) {
        output = output + String.fromCharCode(chr3);
      }
    }

    output = Base64._utf8_decode(output);

    return output;
  },

  /**
   * private method for UTF-8 encoding
   *
   * @private
   * @param { string } string
   * @returns
   */
  _utf8_encode: (string) => {
    string = string.replace(/\r\n/g, "\n");
    let utfText = "";

    for (let n = 0; n < string.length; n++) {
      const c = string.charCodeAt(n);

      if (c < 128) {
        utfText += String.fromCharCode(c);
      } else if (c > 127 && c < 2048) {
        utfText += String.fromCharCode((c >> 6) | 192);
        utfText += String.fromCharCode((c & 63) | 128);
      } else {
        utfText += String.fromCharCode((c >> 12) | 224);
        utfText += String.fromCharCode(((c >> 6) & 63) | 128);
        utfText += String.fromCharCode((c & 63) | 128);
      }
    }
    return utfText;
  },

  /**
   * private method for UTF-8 decoding
   *
   * @private
   * @param {string} utfText
   * @returns
   */
  _utf8_decode: (utfText) => {
    let string = "";
    let i = 0;
    let c,
      c2,
      c3 = 0;

    while (i < utfText.length) {
      c = utfText.charCodeAt(i);

      if (c < 128) {
        string += String.fromCharCode(c);
        i++;
      } else if (c > 191 && c < 224) {
        c2 = utfText.charCodeAt(i + 1);
        string += String.fromCharCode(((c & 31) << 6) | (c2 & 63));
        i += 2;
      } else {
        c2 = utfText.charCodeAt(i + 1);
        c3 = utfText.charCodeAt(i + 2);
        string += String.fromCharCode(
          ((c & 15) << 12) | ((c2 & 63) << 6) | (c3 & 63)
        );
        i += 3;
      }
    }
    return string;
  },
};

15. crypto-js 库

https://github.com/brix/crypt...

其它

（1）判断奇偶

只要根据最未位是 0 还是 1 来决定，为 0 就是偶数，为 1 就是奇数。因此可以用if ((i & 1) === 0)代替if (i % 2 === 0)来判断 a 是不是偶数。

（2）清零

如果想将一个单元清零，即使其全部二进制位为 0，只要与一个各位都为零的数值相与，结果为零。

（3）是否 2 的 n 次幂

// (x & x - 1) === 0
console.log((2 & (2 - 1)) === 0); // true

（4）求平均值防止溢出

// 求平均值，防溢出
function avg(x, y) {
  return (x & y) + ((x ^ y) >> 1);
}

参考

javascript 位运算技巧