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位运算 优化运算速度

作者: 陈跃峰  来源: CSDN  发布时间: 2010-09-26 17:21  阅读: 5344 次  推荐: 1   原文链接   [收藏]  

  位运算在语言基础学习中比较枯燥,所以很多学生朋友未深入学习,也没有实际应用该基础知识,但是在实际的项目开发中,位运算由于其运算的速度优势,在很多的领域被广泛应用,所以在实际的招聘考试中,位运算的考题比较常见。

  题目:请写出求2的3次方最快的方法。

  答案A:2x2x2

  答案B:1 << 3

  题目答案:B

  为什么答案是B? 答案A是计算2的3次方的数学方法,通过十进制运算方式实现题目要求的结果,但是在执行效率上无法满足题目的要求。为什么这种方法无法满足题目的要求呢?这就要从计算机的运算模式说起了。

  计算机的运算模式是以二进制为基础,所以十进制运算在计算时会被转换成二进制再进行运算,而转换过程就会导致运行速度降低。计算2的3次方最快的方法应该是使用位运算中的移位运算符,通过二进制移位实现,这种方法可以提高运算速度。通过这个题目,考官既考查了应聘者是否对程序的执行效率有深刻的认识,也考查应聘者是否具备位运算的相关知识。位运算在程序开发中非常常见,合理使用位运算可以提高程序的执行效率,所以我们平时使用的软件大多数都用到了位运算操作。下面我们来看看位运算操作在实际开发中是如何被应用的。

  位运算存储数据

  利用位运算存储数据,主要是为了减少程序占用的内存。以int数据为例子,如果按照十进制的方式存储数据,一个32位的int变量只能存储一个数值,而如果使用二进制方式存储数据(缺点是只能存储0或1两个数据)则可以存储32个数据,将极大的节约内存。例如,在一个int变量的从右侧开始倒数第2位存储数据,则存储和读取数据的代码如下所示:

int bData = 0;
//存储数值1 
bData
= bData |(1 << (2 - 1));
//存储数值0 
bData
= bData & (~(1 << (2 - 1));
//读取数据 
int n = bData & (1 << (2 - 1));

  点评:在该代码中,将需要存储的数据(0或1)存储在变量bData的倒数第二位中,所以在存储时,则只需要将倒数第二位的数值改变,其他位的数值不改变即可。所以在存储1时,不论bData的数值是多少,只需要和二进制数据10进行位或运算就可以将倒数第二位置1,而需要存储0时,则需要bData和0xfffffffd进行位与运算,即可达到清零倒数第二位的目的。

  需要注意的是,有些可能会认为在存储数值0时,会使用如下的代码实现:

bData = bData |(0 << (2 - 1));

  其实这样是错误的,因为0无论左移多少位都还是0,这样在进行位或运算时,0和1位或得到的结果会是1,无法实现设置对应的位为0的目的,所以需要使用以上的代码进行实现。

  异或位运算简单加密

  利用位运算的计算速度快,以及异或的特性(和同一个数字异或两次还是自身),可以用来简单加密数据,且加解密的速度会非常快。这种加密方式强度比较低,但是可以用于一般的加解密任务。例如,假设密匙是数字123,则加解密一个byte数组的代码如下:

byte[] b = {1,2,3,5,6};
byte key = 123;
//依次加密的代码 
for(int i = 0;i < b.length;i++){
b[i]
= (byte)(b[i] ^ key); //利用异或加密 
}
//解密的代码 
for(int i = 0;i < b.length;i++){
b[i]
= (byte)(b[i] ^ key); //利用异或解密
}

  点评:在该代码中,对数组b使用密匙key进行加密,加密的过程是将数组b中每个元素和key进行异或,加密以后的数据可以在实际应用中进行存储或网络传输,而解密时的操作和加密时一样,使用这种简单的加密方式虽然保密性不高,但是加解密的速度确实是很值得称赞的。

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