位運算的應用

fourther發表於2020-09-20

平常都很少用到位運算,這裡介紹一種jdk使用位運算的小案例。它是用位運算來優化一個類所佔的大小。下面介紹:

  • 什麼情況下,符合這種優化條件;
  • 用具體的例子來介紹;

優化情況

假設一個類需要有很多boolean型別得屬性,如果直接用boolean型別,那麼這個類會在記憶體中佔用很大空間。通常情況下,一個boolean型別屬性會佔4個位元組。但這不是一定得,JAVA得boolean屬性佔用位元組不一定。這時候,使用多個boolean型別的屬性就佔用很多記憶體。

在這種情況下,可以使用位元組得0、1來代表true、false。使用位運算來獲取、設定boolean屬性得值。比如說:我們可以使用int來儲存32個boolean屬性,這樣就會節省大量的記憶體。

JDK中有具體得例子,如java.lang.reflect.Modifier

具體例子

假設一個貓有三個屬性:cutefatwhite,其取值只有倆種true、false。現在用int的後面三個位來儲存這三個型別的值。
即:在int最後一個位作為cute屬性得值;倒數第二位作為fat屬性得值;倒數第三位作為white屬性得值。

1、建立int屬性得值,作為儲存這三個屬性得屬性值

public class Cat {
    // 儲存三個boolean屬性得值
    private int properties = 0;
}

2、設定三個int屬性作為三個屬性都為true;這是為了後期方便設定值

public class Cat {
    private static int CUTE = 0x1;
    private static int FAT = 0x2;
    private static int WHITE = 0x4;
    private int properties = 0;
}

3、以cute屬性的獲取、設定
(1)獲取值的時候
指獲取properties屬性的最後一位的值,需要注意的是獲取最後一位值得時候,不能影響其他位得值!!!

    /**
     * 這隻貓萌嗎?請在此處使用位運算讀取properties,得到貓是否萌的結果
     *
     * @return 萌則返回true,否則返回false
     */
    public boolean isCute() {
        return (properties & Cat.CUTE) != 0;
    }

使用與運算得時候,其他位不受影響;最後一位也是取決於properties最後一位得值

(2)設定值的時候
在設定properties屬性得最後一位得值,需要注意得是設定最後一位的值的時候,不能影響其他位得值!!!

    /**
     * 使用位運算設定貓咪萌的屬性
     *
     * @param cute true為萌,false為不萌
     */
    public void setCute(boolean cute) {
        if (cute == true){
            properties = properties | Cat.CUTE;
        } else {
            properties = properties & (~Cat.CUTE);
        }
    }

4、設定其他屬性

    /**
     * 使用位運算設定貓咪胖的屬性
     *
     * @param fat true為胖,false為不胖
     */
    public void setFat(boolean fat) {
        if (fat){
            properties = properties | Cat.FAT;
        } else {
            properties = properties & (~Cat.FAT);
        }
    }

    /**
     * 這隻貓胖嗎?請在此處使用位運算讀取properties,得到貓是否胖的結果
     *
     * @return 胖則返回true,否則返回false
     */
    public boolean isFat() {
        return (properties & Cat.FAT) != 0;
    }

    /**
     * 使用位運算設定貓咪白的屬性
     *
     * @param white true為白,false為不白
     */
    public void setWhite(boolean white) {
        if (white){
            properties = properties | Cat.WHITE;
        } else {
            properties = properties & (~Cat.WHITE);
        }
    }

    /**
     * 這隻貓白嗎?請在此處使用位運算讀取properties,得到貓是否白的結果
     *
     * @return 白則返回true,否則返回false
     */
    public boolean isWhite() {
        return (properties & Cat.WHITE) != 0;
    }

總結

一般情況下,獲取值使用&;設定值使用|~&。關鍵就是在使用位運算的時候,隻影響指定位置的值,其他位置的值不能改變。完整程式碼如下:

public class Cat {
    private static int CUTE = 0x1;
    private static int FAT = 0x2;
    private static int WHITE = 0x4;
    private int properties = 0;

    /**
     * 使用位運算設定貓咪萌的屬性
     *
     * @param cute true為萌,false為不萌
     */
    public void setCute(boolean cute) {
        if (cute == true){
            properties = properties | Cat.CUTE;
        } else {
            properties = properties & (~Cat.CUTE);
        }
    }

    /**
     * 這隻貓萌嗎?請在此處使用位運算讀取properties,得到貓是否萌的結果
     *
     * @return 萌則返回true,否則返回false
     */
    public boolean isCute() {
        return (properties & Cat.CUTE) != 0;
    }

    /**
     * 使用位運算設定貓咪胖的屬性
     *
     * @param fat true為胖,false為不胖
     */
    public void setFat(boolean fat) {
        if (fat){
            properties = properties | Cat.FAT;
        } else {
            properties = properties & (~Cat.FAT);
        }
    }

    /**
     * 這隻貓胖嗎?請在此處使用位運算讀取properties,得到貓是否胖的結果
     *
     * @return 胖則返回true,否則返回false
     */
    public boolean isFat() {
        return (properties & Cat.FAT) != 0;
    }

    /**
     * 使用位運算設定貓咪白的屬性
     *
     * @param white true為白,false為不白
     */
    public void setWhite(boolean white) {
        if (white){
            properties = properties | Cat.WHITE;
        } else {
            properties = properties & (~Cat.WHITE);
        }
    }

    /**
     * 這隻貓白嗎?請在此處使用位運算讀取properties,得到貓是否白的結果
     *
     * @return 白則返回true,否則返回false
     */
    public boolean isWhite() {
        return (properties & Cat.WHITE) != 0;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Cat cat = new Cat();
        cat.setCute(true);
        cat.setFat(true);
        cat.setWhite(false);
        System.out.println("這隻貓萌嗎:" + cat.isCute());
        System.out.println("這隻貓胖嗎:" + cat.isFat());
        System.out.println("這隻貓白嗎:" + cat.isWhite());
    }
}

位運算的一些坑

交換倆個值得功能可以用位運算這種騷操作完成。比如:

    public static void main(String[] args) {
        Main main = new Main();
        int[] arr = {1,2};
        main.test(0,1,arr);
    }

    public void test(int a, int b, int[] arr){
        arr[a] = arr[a] ^ arr[b];
        arr[b] = arr[a] ^ arr[b];
        arr[a] = arr[a] ^ arr[b];
        System.out.println(Arrays.toString(arr));//[2,1]
    }

但這裡有個坑,如果你傳得倆個地址是一樣得話,就會出錯:

    public static void main(String[] args) {
        Main main = new Main();
        int[] arr = {1,2};
        main.test(0,0,arr);
    }

    public void test(int a, int b, int[] arr){
        arr[a] = arr[a] ^ arr[b];
        arr[b] = arr[a] ^ arr[b];
        arr[a] = arr[a] ^ arr[b];
        System.out.println(Arrays.toString(arr));//[0,1]
    }

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