C#位运算符的基本用法

位运算符包括：| 按位或 OR，& 按位与 AND，^ 按位异或 XOR，~ 取反 NOT，<< 左移 Left Shift，>> 右移 Right Shift，等等。本篇体验位运算符在C#中的应用。主要包括：

 

○ 进制转换
    ※ 十进制转换成二进制
    ※ 二进制转换成十进制
○ | 按位或操作符
○ & 按位与操作符
○ ^ 按位异或操作符
    ※ 使用^按位异或交换2个数
    ※ 使用^按位异或进行加密运算
○ ~ 取反操作符
○ x << n 左移运算符
○ x >> n 右移运算符

 

  进制转换

因为位运算是在二进制基础上进行的，所以进制转换是位运算的前提。

 

□ 十进制转换成二进制

比如，把10进制的数783转换成二进制，经过下面10个步骤。

把余数从下到上拼接起来，就是783的二进制，即1100001111。

 

在C#中，如果是Int16类型，意味着有16位整型数。对于783来说，如果表示成Int16类型，不足16位的话，要在前面补0，即要在1100001111补6个0，完整的表示是：0000001100001111。同样的道理，如果是Int32类型，意味着有32位整型数。

 

如何把-783转换成Int16类型的二进制呢？

→我们知道正数783表示成Int16类型的二进制是：0000001100001111
→在每个位置上倒转，即如果是1就变成0，反之亦然，倒转后变成：1111110011110000
→再加上1，变成：1111110011110001

 

□二进制转换成十进制

比如，把Int16类型的二进制数0000000100010110转换成十进制，经过下面的16个步骤。

从右向左，依次乘以2的n次方。

把所有的结果加起来：
0 + 2 + 4 + 0 + 16 + 0 + 0 + 0 + 256 + 0 = 2 + 4 + 16 + 256 = 278
所以，0000000100010110的十进制数是278。

 

如何把一个Int16类型的负二进制数转换成十进制呢？

比如有这样的一个二进制数：1111111111010011(Int16类型，第一位是数字1表示负数，第一位是数字0表示正数)
→每个位置上反转变成：0000000000101100
→进过计算，得到的十进制数是：44
→再加1，得到：45
→再变成负数，得到：-45

  | 按位或操作符

假设，十进制数38和53进行按位或计算。
→经过计算，十进制数38的二进制表达是00100110，十进制数538的二进制表达是00110101。
→对| 按位或操作符来说，只要对应的二个二进位有一个为1时，结果就为1。

→把得到的00110111转换成十进制就是：55

 

如果用C#表示就是：

byte result = 38 | 53;

  & 按位与操作符

假设，十进制数76和231进行按位与计算。
→经过计算，十进制数76的二进制表达是01001100，十进制数231的二进制表达是11100111。
→对& 按位与操作符来说，只要对应的二个二进位有一个为0时，结果就为0。

→把得到的 01000100转换成十进制就是：68

 

如果用C#表示就是：

byte result = 76 & 231;

  ^ 按位异或操作符

假设，十进制数138和43进行按位与计算。
→经过计算，十进制数138的二进制表达是10001010，十进制数43的二进制表达是00101011。
→对^ 按位异或操作符来说，当两对应的二进位相异时，结果为1。

→把得到的10100001转换成十进制就是：161

 

如果用C#表示就是：

byte result = 138 ^ 43 ;

 

□ 例子1：使用^ 按位异或交换2个数

int x = 4; 
int y = 6;
x ^= y;
y ^= x;
x ^= y;
Console.WriteLine(x); //6
Console.WriteLine(y); //4

 

以上过程是这样的：
(1)x ^= y，相当于x = x ^ y
x的二进制是：00100
y的二进制是：00110
x和y进行异或，结果是：00010
x转换成十进制后，x为：2

 

(2)y ^= x，相当于y = y ^ x
y的二进制是：00110
x的二进制是：00010
y和x进行异或，结果是：00100
y转换成十进制后，y为：4

 

(3)x ^= y，相当于x = x ^ y
x的二进制是：00010
y的二进制是：00100
x和y进行异或，结果是：00110
x转换成十进制后，x为：6

 

□ 例子2：使用^按位异或进行加密运算

string msg = "这是我要加密的string字符串";
string k = "mypassword";
for(int i = 0; i < msg.Length; i++)
{
    sb.Append((char)(msg[i] ^ k[i % k.Length]));
}
Console.WriteLine(sb.ToString());

  ~ 取反操作符

假设，十进制数52进行取反计算。
→经过计算，十进制数52的二进制表达是00110100
→对~ 取反操作符来说，对应的二进位数按位求反，0变成1，1变成0

→把得到的11001011转换成十进制就是：203

 

如果用C#表示就是：

byte result = ~52;

 

  x << n 左移运算符

每位向左移动n位，右边空缺的位置补0。
假设，十进制数154进行左移。

 

如果用C#表示就是：

byte b1 = 154;
byte b2 = (byte)b1 << 1;
Console.Writeline(b2);//结果是52，二进制是00110100

 

  x >> n 右移运算符

每位向右移动n位，左边空缺的位置补0。
假设，十进制数155进行右移。

 

如果用C#表示就是：

byte b1 = 155;
byte b2 = (byte)(b1 >> 1);
Console.WriteLine(b2); // 结果: 77

总结：
| 按位或操作符来说，只要对应的二个二进位有一个为1时，结果就为1
& 按位与操作符来说，只要对应的二个二进位有一个为0时，结果就为0
^ 按位异或操作符来说，当两对应的二进位相异时，结果为1
~ 取反操作符来说，对应的二进位数按位求反，0变成1，1变成0
x << n 左移运算符，每位向左移动n位，右边空缺的位置补0
x >> n 右移运算符，每位向右移动n位，左边空缺的位置补0

 

参考资料：
Swapping of variables without Third Variable using XOR Logic
Understand how bitwise operators work
http://baike.baidu.com/view/9895739.htm?fr=aladdin