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  • 《Programming in Lua 3》读书笔记(十五)

    日期:2014.7.22

    PartⅢ     The Standard Libraries
    19 The Bitwise Library
    位运算库

    lua中的位运算由于数值类型是浮点型,所以支持效果不太好。

    lua中利用一些位运算实现一些算法。如:左移相当于乘以2,右移相当于除以2.而对于按位与和按位或这两个概念则需要额外讨论了,这也是由于浮点型数值所带来的影响。

    lua5.2中通过位库提供了位运算来修正这些影响,而不是lua中的预定义操作。这种接口设计表明lua中实现位运算不是直接针对lua的numbers,而是通过对lua的number执行特殊的操作(对位运算提供特殊的解释)来实现的。不仅如此,这种操作方式也支持使用其他的库来对位运算进行“解释”。

    作者在这一章节的操作使用十六进制数据作为示例数据进行讲解,使用MAX代表0xFFFFFFFF,使用一些辅助函数:
    function prints(x)
         print(string.format("0x%X",x))
    end
    主要是用来打印出十六机制的数值。


    Lua5.2版本中的位库名为:bit32这也表明了其在32位数上运行。位运算的按位与、按位或、取反分别为:bandborbnot,而按异位或为:bxor
    lua的位运算运算的是无符整数,这些操作符会将参数转换为0-MAX之间的整数,而超过了这个界限的值将会首先执行取模运算:假如n超过了界限,则执行n%2^32 .而通常情况下,所有的位运算结果也都是在这个范围内。而也需要注意的是,在不同的平台上,或者由于外部库的差异,其运算结果可能会是不同的数值类型。一个技巧是在做对比运算的时候用lua的位库来定义某个常量:
    e.g.
    if bit32.or(a,b) == bit32.or(-1) then

    Lua中的位移运算:左移(lshift),右移(rshift)(算术移位 arithmetic shift),左旋转(lrotate),右旋转(rrotate).而除了左移的算术移位的情况,其余的位移操作都会将空位以0补齐,左移的算术移位空位补的值是复制一个该数的最后一位(符号位)

    在lua的位运算中,如果位移(旋转)值为一个负值,那么lua会执行一个相反的操作。如对2执行左移-1,相当于将2右移1个单位:
    e.g.
    print(bit32.lshift(2,-1))          --1
    print(bit32.rshift(2,1))           --1

    bit32.btest运算功能与band类似,不过其返回值为boolean型,用来将结果和0做对比。结果为1返回值为true,结果为0返回值则为false.

    bit32.extract运算,提取函数。该运算实际上结合一个掩码执行了一个位移运算。如:bit32.extract(x,f,w),该运算返回的结果是从x的f位开始w位数。(returns w bits from x,starting at bit f)接网友给的解释:从x中抽取f位至f+w-1位的值,组成的整数。
    ps.后来再理解一番就差不多懂了,这里提取的位数是从f位开始的,假如执行:bit32.extract(11,1,3),运算过程是从11的二进制表示的1011第一位开始(整数部分的最右边指的是第0位),至包含自身的3位,即101组成的整数,为5.

    而extract运算的反运算是replace,对一个数的某些位执行替换操作。该运算有4个参数:第一个参数指的是我们要执行运算的数;第二个参数指的是要替换进去的数;后两个参数与extract的后两个参数意思一致:从f位开始共w位,即f至f+w-1位。
    e.g.
    print(bit32.replace(11,6,1,3))          --13

    注意以下的运算结果
    print(bit32.replace(11,bit32.extract(11,1,3),1,3))          --11
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