Swift 按位和移位运算符 · Programiz 中文系列教程

# Swift 按位和移位运算符 > 原文： [https://www.programiz.com/swift-programming/bitwise-operators](https://www.programiz.com/swift-programming/bitwise-operators) #### 在本教程中，您将学习 Swift 中的不同按位运算。这些用于表达式中的位级别计算。位用于表示二进制数字。二进制数可以有两个可能的值 0 或 1。作为初学者级程序员，您不必在位级别进行操作。使用原始数据类型，例如：整数，浮点数，布尔值，字符串等就足够了。在处理[低级编程](https://en.wikipedia.org/wiki/Low-level_programming_language "Low level programming")时，可能需要在位级工作。除了[基本运算符](/swift-programming/operators "Swift operators")之外，Swift 还提供了丰富的运算符集来操作位。这些运算符与逻辑运算符相似，不同之处在于它们使用数据（位）的二进制表示形式工作。按位运算符是用于更改操作数的各个位的运算符。操作数是完成操作的变量或常量。迅速列出所有可用的按位运算符： * * * ## 1.按位非运算符它由代字号`~`表示，可以应用于单个操作数。这会将所有位反转。即将 1 更改为 0，将 0 更改为 1。如果`x`是保存二进制值（即 0 或 1）的变量/常数，则`x`变量的按位非运算可以表示在下表中： | `x` | `~x` | | --- | --- | | 0 | 1 | | 1 | 0 | * * * ### 示例 1：无符号整数的按位非运算符 ```swift let initalNumber:UInt8 = 1 let invertedNumber = ~initalNumber print(invertedNumber) ``` 当您运行上述程序时，输出将是： ```swift 254 ``` 在上面的程序中，语句`let initalNumber:UInt8 = 1`的类型为`Unsigned int`，大小为 8 位。因此，十进制的 1 可以表示为二进制的`00000001`。按位非运算符更改变量或常量的所有位，位 0 更改为 1，而 1 更改为 0。因此`invertedNumber`包含位`11111110`。将其转换为十进制后，将其表示为 254。因此，语句`print(invertedNumber)`在屏幕中输出 254。您还可以直接在位中执行按位运算符，如下所示： * * * ### 示例 2：以位为单位的按位非运算符 ```swift let initialBits: UInt8 = 0b11111111 let invertedBits = ~initialBits print(invertedBits) ``` 运行该程序时，输出为： ```swift 0 ``` `initialBits`包含对应于十进制 255 的二进制值`11111111`。为了用二进制表示数字，我们在字面值中以`0b`作为前缀。如果没有`0b`作为前缀，它将把它当作普通整数对待，并且会出现溢出错误（`UInt8`只能存储 0 到 255 之间的数字）。由于我们使用了按位非运算符，因此将所有 1 都更改为 0。因此，常量`initialBits`包含`00000000`，它等于`UInt8`中的 0。 * * * ### 示例 3：带符号整数的按位非运算符 ```swift let initalNumber:Int = 1 let invertedNumber = ~initalNumber print(invertedNumber) ``` 运行该程序时，输出为： ```swift -2 ``` 在上面的程序中，十进制的 1 可以表示为`00000001`的二进制。按位非运算符更改变量或常量的所有位，位 0 更改为 1，1 更改为 0。因此，`invertedNumber`包含位`11111110`。这应该在屏幕中输出 254。而是返回-2。奇怪吧？让我们在下面探讨这是如何发生的。 `let initalNumber:Int = 1`是一个可以容纳正整数和负整数的有符号整数。这就是为什么当我们不对有符号整数应用运算符时，返回的二进制也可能表示负数的原因。 **编译器如何将 -2 解释为二进制形式的`11111110`？** 编译器使用[二进制补码](https://en.wikipedia.org/wiki/Two%27s_complement "Two's complement")表示整数。要获得整数的二进制补码负号，您应该首先以二进制形式写出数字，然后反转数字，然后在结果中加一个。 **找出 -2** 的二进制补码的步骤： 1. 以二进制形式写 2：`00000010` 2. 反转数字。 0 变成 1，而 1 变成 0：`11111101` 3. 加 1：`11111110` 这就是编译器将二进制数`1111110`解释为十进制`-2`的方式。但是，编译器有些许变化，我们没有注意到。它还将`invertedNumber`的类型推断为`Int8`类型。 * * * 为了理解这一点，让我们看下面的例子： ```swift print(Int8(bitPattern: 0b11111110)) print(0b11111110) ``` 运行该程序时，输出为： ```swift -2 254 ``` 在上面的示例中，编译器仅对带符号的 8 位整数将二进制数处理为十进制的-2。因此，语句`print(Int8(bitPattern: 0b11111110))`在屏幕上输出 -2。但是对于大小为 32/64 位并且可以容纳较大值的普通整数类型，它将其解释为`254`。因此，语句`print(0b11111110)`在屏幕上输出 **254**。 * * * ## 2.按位与运算符它由`&`表示，可以应用于两个操作数。与运算符比较两个位，如果两个位均为 1，则返回 1，否则返回 0。如果`x`和`y`是变量/常数，且保持二进制值（即 0 或 1），则`x`和`y`的按位与运算如下表所示：与 | `x` | `y` | `x & y` | | --- | --- | --- | | 0 | 0 | 0 | | 0 | 1 | 0 | | 1 | 1 | 1 | | 1 | 0 | 0 | * * * ### 例 5：按位与运算 ```swift let xBits = 0b10000011 let yBits = 0b11111111 let result = xBits & yBits print("Binary:",String(result, radix: 2)) print(result) ``` 运行该程序时，输出为： ```swift Binary: 10000011 131 ``` 在上面的程序中，语句`let result = xBits & yBits`组合了两个操作数`xBits`和`yBits`的位。如果两个位均为 1，则返回 1，否则返回 0。 `String(value , radix: )`初始化器用于表示不同编号系统中的编号。如果提供基数 2。它将数字转换为二进制数系统。同样，十六进制可以使用 16，十进制可以使用 10。语句`print("Binary:",String(result, radix: 2))`在屏幕上输出`Binary: 10000011`。`10000011`等于十进制的 131，语句`print(result)`在控制台中输出 131。 * * * ## 3.按位或运算符它表示为`|`，可以应用于两个操作数。如果按位或运算符的一个或多个输入为 1，则将两个位进行比较，并生成结果 1；否则为 0。如果`x`和`y`是变量/常数，且保持二进制值，即 0 或 1。则`x`和`y`的按位或运算如下表所示：或 | `x` | `y` | <code>x | y</code> | | --- | --- | --- | | 0 | 0 | 0 | | 0 | 1 | 1 | | 1 | 1 | 1 | | 1 | 0 | 1 | * * * ### 例 6：按位或运算 ```swift let xBits = 0b10000011 let yBits = 0b11111111 let result = xBits | yBits print("Binary:", String(result, radix: 2)) print(result) ``` 运行该程序时，输出为： ```swift Binary: 11111111 255 ``` 在上述程序中，语句`let result = xBits | yBits`组合了两个常量`xBits`和`yBits`的位。如果任何位为 1，则返回 1，否则返回 0。语句`print("Binary:",String(result, radix: 2))`在屏幕上输出`Binary: 11111111`。由于`11111111`等于十进制的`255`，因此语句`print(result)`在屏幕上输出 **255** 。 * * * ## 4.按位异或运算符它表示为`^`，可以应用于两个操作数。如果异或运算符的输入之一恰好是 1，则异或运算符将比较两个位并生成结果 1，否则返回 0。如果`x`和`y`是变量/常数，且保持二进制值，即 0 或 1。则`x`和`y`的按位异或运算如下表所示：异或 | `x` | `y` | `x ^ y` | | --- | --- | --- | | 0 | 0 | 0 | | 0 | 1 | 1 | | 1 | 1 | 0 | | 1 | 0 | 1 | * * * ### 示例 7：按位异或操作 ```swift let xBits = 0b10000011 let yBits = 0b11111111 let result = xBits ^ yBits print("Binary:", String(result, radix: 2)) print(result) ``` 运行该程序时，输出为： ```swift Binary: 1111100 124 ``` 在上述程序中，语句`let result = xBits ^ yBits`组合了两个常量`xBits`和`yBits`的位。如果正好一位为 1，则返回 1，否则返回 0。语句`print("Binary:",String(result, radix: 2))`在屏幕上输出`Binary：1111100`（相当于 01111100）。由于`1111100`等于十进制的`124`，因此语句`print(result)`在屏幕上输出 **124**。 * * * ## 5.按位移位运算符该运算符用于将数字中的所有位向左或向右移动一定数量的位置，并且可以应用于单个操作数。它表示为`<<`或`>>`。移位运算符有两种： * * * ### 按位左移运算符 * 表示为`<<` * 这会导致这些位向左移动，由`<<`后面的数字指定。 * 移位操作已腾空的位置用零填充。 * 将整数左移一位将其值加倍 * * * #### 例 8：按位左移运算符 ```swift let someBits:UInt8 = 0b11000100 print(someBits << 1) ``` 运行该程序时，输出为： ```swift 136 ``` 在上面的程序中，我们使用了左移运算符。使用`<<` 1 表示将位向左移动 1。这些数字向左移动一个位置，右侧的最后一个数字填充零。您还可以看到丢失的数字**从左侧“移出”**。它不会从右侧再次缠绕。将其向左移动一位将二进制文件中的 1 删除，向右添加 0 以填充移位后的值，其余的其他位则向左移动 1。这将返回`10001000`，它等效于`UInt8`中的`136`。因此，`print(someBits << 1)`语句在屏幕上输出 **136**。 * * * ### 按位右移运算符 * 表示为`>>` * 这会导致这些位向右移动数字，后跟`>>` * 对于无符号数字，移位操作已腾空的位位置为零。 * 对于带符号的数字（也可以为负的数字），符号位用于填充腾出的位位置。换句话说，如果数字为正数，则使用 0；如果数字为负数，则使用 1。 * 向右移动一个位置可将其值减半。 * * * #### 示例 9：无符号整数的按位右移运算符 ```swift let someBits: UInt8 = 4 print(someBits >> 1) ``` 运行该程序时，输出为： ```swift 2 ``` 在上面的程序中，我们对无符号整数使用了右移运算符。使用`>> 1`表示将位右移 1。移位操作已腾空的位位置始终在无符号整数上填充零。由于 4 以二进制形式表示为`00000100`。向右移动一位，返回`00000010`，它等效于`UInt8`中的`2`。因此，`print(someBits >> 1)`语句在屏幕上输出 2。 * * * #### 示例 10：有符号整数的按位右移运算符 ```swift let someBits:Int = -4 print(someBits >> 1) ``` 运行该程序时，输出为： ```swift -2 ``` 在上面的程序中，我们对无符号整数使用了右移运算符。与正数不同，对负数使用`>>`，使用 1 填充空位，而不是 0。由于`-4`用二进制表示为`11111100`。将其向右移动一位并将 1 放置在空闲位置，将返回`11111110`，与`Int8`类型的`-2`等效。因此，`print(someBits >> 1)`语句在屏幕上输出 -2。