JavaScript中位运算符

深藏阁楼爱情的钟 2022-01-20 15:19 240阅读 0赞

参考文章：  
[https://www.cnblogs.com/xiaohuochai/p/5668004.html][https_www.cnblogs.com_xiaohuochai_p_5668004.html]  
[https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/JavaScript/Reference/Operators/Bitwise\_Operators][https_developer.mozilla.org_zh-CN_docs_Web_JavaScript_Reference_Operators_Bitwise_Operators]  
[https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/JavaScript/Reference/Operators/Bitwise\_Operators\#Right\_shift][https_developer.mozilla.org_zh-CN_docs_Web_JavaScript_Reference_Operators_Bitwise_Operators_Right_shift]

**1.二进制表示**

ECMAScript中的所有数值都以IEEE-754 64位格式存储，但位操作符并不直接操作64位的值，而是以32位带符号的整数进行运算的，并且返回值也是一个32位带符号的整数。

有符号整数使用32位中的前31位表示整数数值，用第32位表示整数符号，0表示正数，1表示负数。表示符号的位叫做符号位，符号位的值决定了其他位数值的格式。其中，正数以纯二进制格式存储，31位中的每一位都表示2的幂。第一位(叫做位0)表示2的0次，第二位表示2的1次，以此类推。没有用到的位以0填充，即忽略不计。

例如，数值18的二进制表示是00000000000000000000000000010010，或者更简洁的10010。这是5个有效位，这5位本身就决定了实际的值。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTQ0NjU5MzQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]

**2.负数的二进制表示**

负数同样以二进制存储，但使用的格式是二进制补码。计算一个数值的二进制补码，需要经过下列3个步骤：

【1】求这个数值绝对值的二进制码

【2】求二进制反码，即将0替换成1，将1替换成0

【3】得到的二进制反码加1

例如，要确定-18的二进制表示，首先必须得到18的二进制表示，如下所示：

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0010

接下来，计算二进制反码，如下所示：

1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 1101

最后，在二进制反码上加 1，如下所示：

1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 1101
                                          1
    ---------------------------------------
    1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 1110

因此，-18 的二进制表示即 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 1110

ECMAScript会尽力向我们隐藏所有这些信息，在以二进制字符串形式输出一个负数时，我们看到的只是这个负数绝对值的二进制码前面加上了一个负号

var num = -18;
    console.log(num.toString(2));//'-10010'

**3.七种位运算**

位运算符可以进行7种运算，包括按位非(NOT)、按位与(AND)、按位或(OR)、按位异或(XOR)、左移、有符号右移和无符号右移。

1.按位非(NOT)

按位非操作符由一个波浪线(~)表示，执行按位非的结果就是返回数值的反码。其本质是操作数的负值减1。

var num1 = 25;
    var num2 = ~num1;
    console.log(num2);//-26
    
    var num1 = -25;
    ~num1
    24

对一个整数两次按位非，可以得到它本身；对一个小数两次按位非，可以得到取整效果

console.log(~~3);//3
    console.log(~~3.1);//3
    console.log(~~3.9);//3

2.按位与(AND)

按位与操作符由一个和号符号(&)表示，它有两个操作符数。从本质上讲，按位与操作就是将两个数值的每一位对齐，然后根据下表中的规则，对相同位置上的两个数执行AND操作

第一个数值的位        第二个数值的位         结果
    1                         1                1
    1                         0                0
    0                         1                0
    0                         0                0

按位与操作只有在两个数值的对应位都是1时才返回1，任何一位是0，结果都是0

var iResult = 25 & 3;
    console.log(iResult);//"1"
    //分析如下
     25 = 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1001
      3 = 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011
    ---------------------------------------------
    AND = 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001

3.按位或(OR)

按位或操作符由一个竖线符号(|)表示，同样也有两个操作数，按位或操作遵循下面这个真值表

第一个数值的位        第二个数值的位         结果
    1                         1                1
    1                         0                1
    0                         1                1
    0                         0                0

按位或操作在有一个位是1的情况下就返回1，而只有在两个位都是0的情况下才返回0

var iResult = 25 | 3;
    console.log(iResult);//"27"
    //分析如下
    25 = 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1001
     3 = 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011
    --------------------------------------------
    OR = 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1011

一个整数与0按位或运算可以得到它本身，一个小数与0按位或运算可以得到取整效果

console.log(3.1 | 0);//3
    console.log(3.9 | 0);//3

4.按位异或(XOR)

按位异或操作符由一个插入符号(^)表示，也有两个操作数。以下是按位异或的真值表

第一个数值的位        第二个数值的位         结果
    1                         1                0
    1                         0                1
    0                         1                1
    0                         0                0

按位异或的两个数值相同时返回0，不同时返回1

var iResult = 25 ^ 3;
    console.log(iResult);//"26"
    //分析如下
     25 = 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1001
      3 = 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011
    ---------------------------------------------
    XOR = 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1010

“异或运算”有一个特殊运用，连续对两个数a和b进行三次异或运算，aˆ=b, bˆ=a, aˆ=b，可以互换它们的值。这意味着，使用“异或运算”可以在不引入临时变量的前提下，互换两个变量的值

var a=10,b=9;
    a ^= b, b ^= a, a ^= b;
    console.log(a,b);//9,10

一个整数与0按位异或可以保持其自身，一个小数与0按位异或可以取整

console.log(3.1 ^ 0);//3
    console.log(3.9 ^ 0);//3

**4.左移、有符号右移、无符号右移**

1.<<左移

左移操作符由两个小于号(<<)表示，这个操作符会将数值的所有位向左移动指定的位数

例如，如果将数值2(二进制码为10)向左移动5位，结果就是64(1000000)

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTQ0NjU5MzQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

var oldValue = 2;
    var newValue = oldValue<<5;
    console.log(newValue);//64

左移不会影响操作数的符号位。换句话说，如果将-2向左移动5位，结果将是-64

var oldValue = -2;
    var newValue = oldValue<<5;
    console.log(newValue);//-64

左移0位可以实现取整效果

console.log(3.1 << 0);//3
    console.log(3.9 << 0);//3

2.>>有符号右移

该操作符会将第一个操作数向右移动指定的位数。向右被移出的位被丢弃，**拷贝最左侧的位以填充左侧**。由于新的最左侧的位总是和以前相同，符号位没有被改变。所以被称作“符号传播”。

例如， 9 >> 2 得到 2:

9 (base 10): 00000000000000000000000000001001 (base 2)
                      --------------------------------
    9 >> 2 (base 10): 00000000000000000000000000000010 (base 2) = 2 (base 10)

相比之下， -9 >> 2 得到 -3，因为符号被保留了。

-9 (base 10): 11111111111111111111111111110111 (base 2)
                       --------------------------------
    -9 >> 2 (base 10): 11111111111111111111111111111101 (base 2) = -3 (base 10)

再比如11的二进制是1011，`11>>2`结果是2，是因为11的完整二进制是00000000000000000000000000001011，所以移动2位后，拷贝最左侧的00填充左侧结果就是0000…0010，所以结果是2.

右移可以模拟2的整除运算

console.log(5>>1);//2
    console.log(15>>1);//7

3.>>>无符号右移

该操作符会将第一个操作数向右移动指定的位数。向右被移出的位被丢弃，左侧用0填充。因为符号位变成了 0，所以结果总是非负的。（译注：即便右移 0 个比特，结果也是非负的。）

对于非负数，有符号右移和无符号右移总是返回相同的结果。例如 9 >>> 2 和 9 >> 2 一样返回 2：

9 (base 10): 00000000000000000000000000001001 (base 2)
                       --------------------------------
    9 >>> 2 (base 10): 00000000000000000000000000000010 (base 2) = 2 (base 10)

但是对于负数却不尽相同。 -9 >>> 2 产生 1073741821 这和 -9 >> 2 不同：

-9 (base 10): 11111111111111111111111111110111 (base 2)
                        --------------------------------
    -9 >>> 2 (base 10): 00111111111111111111111111111101 (base 2) = 1073741821 (base 10)

再看一个负数无符号右移0位：

-9 >>> 0
    4294967287
    
    4294967287(对应二进制)
    11111111111111111111111111110111

**5.常见应用**

【1】乘法运算

利用左移(<<)来实现乘法运算

console.log(2 << 1);//4
    console.log(3 << 1);//6
    console.log(4 << 1);//8

【2】除法运算

利用有符号右移(>>)来模拟2的整除运算

console.log(2 >> 1);//1
    console.log(5 >> 1);//2
    console.log(8 >> 1);//4
    console.log(9 >> 1);//4

【3】值互换

利用异或操作(^)可以实现值互换的效果

var a=10,b=9;
    a ^= b, b ^= a, a ^= b;
    console.log(a,b);//9,10

【4】小数取整

利用取两次按位非、与0按位或、与0按位异或、左移0位、右移0位都可以实现小数取整效果

console.log(~~3.1);//3
    console.log(3.1|0);//3
    console.log(3.1^0);//3
    console.log(3.1<<0);//3
    console.log(3.1>>0);//3

【5】开关

位运算符可以用作设置对象属性的开关。假定某个对象有四个开关，每个开关都是一个变量。那么，可以设置一个四位的二进制数，它的每个位对应一个开关

var FLAG_A = 1; // 0001
    var FLAG_B = 2; // 0010
    var FLAG_C = 4; // 0100
    var FLAG_D = 8; // 1000

上面代码设置A、B、C、D四个开关，每个开关分别占有一个二进制位

现在假设需要打开ABD三个开关，我们可以构造一个掩码变量

var mask = FLAG_A | FLAG_B | FLAG_D;
    // 0001 | 0010 | 1000 => 1011

上面代码对ABD三个变量进行“或运算”，得到掩码值为二进制的1011

//“或运算”可以确保打开指定的开关
    flags = flags | mask;
    //“与运算”可以将当前设置中凡是与开关设置不一样的项，全部关闭
    flags = flags & mask;
    //“异或运算”可以切换（toggle）当前设置，即第一次执行可以得到当前设置的相反值，再执行一次又得到原来的值
    flags = flags ^ mask;
    //“否运算”可以翻转当前设置，即原设置为0，运算后变为1；原设置为1，运算后变为0
    flags = ~flags;

**取整总结：**

对一个整数两次按位非，可以得到它本身；对一个小数两次按位非，可以得到取整效果

console.log(~~3);//3
    console.log(~~3.1);//3
    console.log(~~3.9);//3

一个整数与0按位或运算可以得到它本身，一个小数与0按位或运算可以得到取整效果

console.log(3.1 | 0);//3
    console.log(3.9 | 0);//3

一个整数与0按位异或可以保持其自身，一个小数与0按位异或可以取整

console.log(3.1 ^ 0);//3
    console.log(3.9 ^ 0);//3

左移0位可以实现取整效果

console.log(3.1 << 0);//3
    console.log(3.9 << 0);//3

[https_www.cnblogs.com_xiaohuochai_p_5668004.html]: https://www.cnblogs.com/xiaohuochai/p/5668004.html
[https_developer.mozilla.org_zh-CN_docs_Web_JavaScript_Reference_Operators_Bitwise_Operators]: https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/JavaScript/Reference/Operators/Bitwise_Operators
[https_developer.mozilla.org_zh-CN_docs_Web_JavaScript_Reference_Operators_Bitwise_Operators_Right_shift]: https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/JavaScript/Reference/Operators/Bitwise_Operators#Right_shift
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTQ0NjU5MzQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220120/6e8cbb2e269944729e02f3e7421c52db.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTQ0NjU5MzQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20220120/95d0af30c7c74993abcc4e19f419b7ee.png