位元運算 最佳化運算速度——已發《電腦報》

求職不怕考

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與編程相關的招聘，都會準備很多考題，一不小心考生就在考題上栽了跟頭，特別是沒有多少工作經驗的應屆畢業生，往往回答得過於理論化，很難令考官滿意。為此，我們特意推出本系列，通過對真實考題的分析讓大家在回答考題時有更多的實用性，讓考官滿意，順利找到工作。

 

位元運算 最佳化運算速度

爪哇米工作室 陳躍峰

       位元運算在語言基礎學習中比較枯燥，所以很多學生朋友未深入學習，也沒有實際應用該基礎知識，但是在實際的項目開發中，位元運算由於其運算的速度優勢，在很多的領域被廣泛應用，所以在實際的招聘考試中，位元運算的考題比較常見。

      

招聘題目：請寫出求2的3次方最快的方法。

       答案A：2x2x2

       答案B：1 << 3

       題目答案：B

 

       為什麼答案是B

       答案A是計算2的3次方的數學方法，通過十進位運算方式實現題目要求的結果，但是在執行效率上無法滿足題目的要求。為什麼這種方法無法滿足題目的要求呢？這就要從電腦的運算模式說起了。

       電腦的運算模式是以二進位為基礎，所以十進位運算在計算時會被轉換成二進位再進行運算，而轉換過程就會導致運行速度降低。計算2的3次方最快的方法應該是使用位元運算中的移位元運算符，通過二進位移位實現，這種方法可以提高運算速度。

通過這個題目，考官既考查了應聘者是否對程式的執行效率有深刻的認識，也考查應聘者是否具備位元運算的相關知識。位元運算在程式開發中非常常見，合理使用位元運算可以提高程式的執行效率，所以我們平時使用的軟體大多數都用到了位元運算操作。下面我們來看看位元運算操作在實際開發中是如何被應用的。

      

位元運算儲存資料

利用位元運算儲存資料，主要是為了減少程式佔用的記憶體。以int資料為例子，如果按照十進位的方式儲存資料，一個32位的int變數只能儲存一個數值，而如果使用二進位方式儲存資料(缺點是只能儲存0或1兩個資料)則可以儲存32個資料，將極大的節約記憶體。

例如，在一個int變數的從右側開始倒數第2位儲存資料，則儲存和讀取資料的代碼如下所示：

int bData = 0;

//儲存數值1

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

//儲存數值0

bData = bData & (~(1 << (2 - 1));

              //讀取資料

              int
n = bData & (1 << (2 - 1));

點評：在該代碼中，將需要儲存的資料(0或1)儲存在變數bData的倒數第二位中，所以在儲存時，則只需要將倒數第二位的數值改變，其他位的數值不改變即可。所以在儲存1時，不論bData的數值是多少，只需要和位元據10進行位或運算就可以將倒數第二位置1，而需要儲存0時，則需要bData和0xfffffffd進行位與運算，即可達到清零倒數第二位的目的。

需要注意的是，有些可能會認為在儲存數值0時，會使用如下的代碼實現：

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

其實這樣是錯誤的，因為0無論左移多少位都還是0，這樣在進行位或運算時，0和1位或得到的結果會是1，無法實現設定對應的位為0的目的，所以需要使用以上的代碼進行實現。

 

異或位元運算簡單加密

利用位元運算的計算速度快，以及異或的特性(和同一個數字異或兩次還是自身)，可以用來簡單加密資料，且加解密的速度會非常快。這種加密方式強度比較低，但是可以用於一般的加解密任務。

例如，假設密匙是數字123，則加解密一個byte數組的代碼如下：

                     byte[]
b = {1,2,3,5,6};

                     byte
key = 123;

                     //依次加密的代碼

                     for(int
i = 0;i < b.length;i++){

                            b[i]
= (byte)(b[i] ^ key); //利用異或加密

                     }

                     //解密的代碼

                     for(int
i = 0;i < b.length;i++){

                            b[i]
= (byte)(b[i] ^ key); //利用異或解密

                     }

       點評：在該代碼中，對數組b使用密匙key進行加密，加密的過程是將數組b中每個元素和key進行異或，加密以後的資料可以在實際應用中進行儲存或網路傳輸，而解密時的操作和加密時一樣，使用這種簡單的加密方式雖然保密性不高，但是加解密的速度確實是很值得稱讚的。