C#位运算实际作用之操作整型某一位

1.前言

前几天写了两篇关于c#位运算的文章

c#位运算基本概念与计算过程

C#位运算实际运用

在文中也提到了位运算的实际作用之一就是合并整型，当时引用了一个问题：

C# 用两个short，一个int32拼成一个long型，高16位用short，中间32位用int，最低16位用另外一个short。

答案如下：

高16位shortA、中间32位intA、低16位shortB

longResult=((long)shortA << 48 )+ ((long)intA << 16)+ shortB

根据longResult获取前16位shortA，中间32位intA，后16位shortB

    shortA=(short)(longResult>>48)
    intA=(int)((longResult>>16)&0xFFFFFFFF)
    shortB=(short)(longResult&0xFFFF)

评论者pushouli、czd890 评论到，合并这个long类型的结果是使用加法计算，可以使用位逻辑或运算，想了想确实使用| 位逻辑或运算也是可以解决问题的，能够实现相互转换。

1楼 2019-04-30 07:28 pushouli 简单明了，但感觉合并那里，不应该用加法去算，用|运算符更合适。

11楼 2019-04-30 18:10 czd890

@ pushouli 用+ 和 | 在这里性能上应该没有太大区别。 但是感觉用 | 更能表达意思一些

longResult=(((long)shortA << 48) |((long)intA << 16)) | (long)shortB

1|0=1、1|1=1、0|0=0

其计算结果longResult是一样的，运算方式不一样，其计算过程可以看看前面写的一篇

C#位运算实际运用

如图：



这篇文章就将记录两个知识点：

1.负数的二进制位表示法

2.位运算如何直接操作Int类型某一位

2.负数的二进制位表示法

原码：一个整数按照绝对值的大小转换成的二进制数，称为原码

一个short 16位的整数9的原码是：

0000	0000	0000	1001

反码：一个二进制数按位取反，所得的二进制数成为原二进制数的反码

取9的二进制数的反码，可以使用位逻辑非运算 ~

取反后的16位二进制

1111	1111	1111	0110

补码：反码加1称为补码，简而言之，要得到一个属的补码，先得到这个数的反码，然后再将反码加上1，所得数称为补码

那么9的补码也就是

1111	1111	1111	0110

加上1的结果，如下：

1111	1111	1111	0111

即-9的16位二进制表示是

1111	1111	1111	0111

如图：

3.c#Int有符号的和无符号的区别

话不多说，直接明确三点结论：

1.实际开发中，都用的是有符号的Int（应该默认强制要求），只有整型有有无符号的特征，Double、Decimal，是没有这种特征的。

2.无符号数中，所有的位都用于直接表示该值的大小。

3.有符号数中，最高位用于表示正负。

这里还是简单地啰嗦几句关于有符号和无符号的区别，UInt32和Int32的区别

这里说的Int指的是32位有符号的类型

Int32的值范围是 -2147483648 至2147483647，也就是

-2的31次方到2的31次方-1

符号位表示的意义就在于此，最前面的位表示正负。

-2148483648的32位二进制是：

1000	0000	0000	0000	0000	0000	0000	0000

2147483647的32位二进制是：

0111	1111	1111	1111	1111	1111	1111	1111

那么c#中UInt32的最大值是什么呢？

UInt32的范围是0到2的32次方4294967295，最大值32位二进制是

1111	1111	1111	1111	1111	1111	1111	1111

所以得出结论无符号只能表示正数，有符号可以表示正负数。

如图：

4.c#Int如何直接操作每一位

前面已经说到，Int表示的是有符号的，最高位表示的正负，一个Int有32位，虽然我们可以直接操作这32位，但是如果直接操作明显会改变数据类型的正负、最大范围。

这里写了一个泛型的示例，操作整型（int、short、long）的每一位。

     /// <summary>
        /// Int16\Int32\Int64类型
        /// </summary>
        /// <returns>true 1\false 0的集合</returns>
        public static IEnumerable<bool> GetIntOfBitList<T>(T  intVal)
        {
            Type intType = intVal.GetType();
            byte bitlength = 0;
            if (intType == typeof(Int32))
                bitlength = 32;
            else if (intType == typeof(Int16))
                bitlength = 16;
            else if (intType == typeof(Int64))
                bitlength = 64;
            else
                throw new ArgumentException("必须是整型");

            object intOject = (object)intVal;
            var resultList = new List<bool>(bitlength);
            for (var i = 0; i < bitlength; i++)
            {
                var temoIntBit = 1 << i;
                if (intType == typeof(Int32))
                    resultList.Add((((Int32)intOject) & temoIntBit) == temoIntBit);
                if (intType == typeof(Int16))
                    resultList.Add((((Int16)intOject) & temoIntBit) == temoIntBit);
                if (intType == typeof(Int64))
                    resultList.Add((((Int64)intOject) & temoIntBit) == temoIntBit);
            }
            return resultList;
        }
        /// <summary>
        /// 获取T整型中某一位的值
        /// </summary>
        /// <typeparam name="T">泛型类型包括int\short\long</typeparam>
        /// <param name="intVal">int\short\long</param>
        /// <param name="index">从右到左0-T的总位数</param>
        /// <returns>true:1\false:0</returns>
        public static bool GetBitValue<T>(T  intVal,byte index)
        {
            Type intType = intVal.GetType();
            byte bitlength = 0;
            if (intType == typeof(Int32))
                bitlength = 32;
            else if (intType == typeof(Int16))
                bitlength = 16;
            else if (intType == typeof(Int64))
                bitlength = 64;
            else
                throw new ArgumentException("必须是整型");

            if (index > bitlength-1 || index < 1)
                throw new ArgumentOutOfRangeException("index");

            object intOject = (object)intVal;
            var tempBit = 1 << index;

            if (intType == typeof(Int32))
                return (((int)intOject) & tempBit) == tempBit;
            else if (intType == typeof(Int16))
                return (((Int16)intOject) & tempBit) == tempBit;
            else
                return (((Int64)intOject) & tempBit) == tempBit;
        }
        /// <summary>
        /// 设置整型数据中某一位的值
        /// </summary>
        /// <typeparam name="T">int\short\long</typeparam>
        /// <param name="intVal">设置前的值</param>
        /// <param name="index">从右到左0-T的总位数</param>
        /// <param name="bitValue">需要设置的值 true:1\false:0</param>
        /// <returns>设置位值后新的整型</returns>
        public static T SetBitValue<T>(T intVal,byte index,bool bitValue)
        {
            Type intType = intVal.GetType();
            byte bitlength = 0;
            if (intType == typeof(Int32))
                bitlength = 32;
            else if (intType == typeof(Int16))
                bitlength = 16;
            else if (intType == typeof(Int64))
                bitlength = 64;
            else
                throw new ArgumentException("必须是整型");
            //不能去设置最高位
            if (index >= bitlength-1 || index < 1)
                throw new ArgumentOutOfRangeException("index");

            object intOject = (object)intVal;
            var tempBit = 1 << index;

            if (intType == typeof(Int32))
            {
                int tempInt = (int)intOject;
                return (T)((bitValue ? (tempInt | tempBit) : (tempInt & ~tempBit)) as Object);
            }
            else if (intType == typeof(Int16))
            {
                Int16 tempInt = (Int16)intOject;
                return (T)((bitValue ? (tempInt | tempBit) : (tempInt & ~tempBit)) as Object);
            }
            else
            {
                Int64 tempInt = (Int64)intOject;
                return (T)((bitValue ? (tempInt | tempBit) : (tempInt & ~tempBit)) as Object);
            }
        }

测试截图：



思考：这个方法能操作负数吗？

有兴趣关注一下我的个人公众号，谢谢