一、惊现问题

💡 有一天,突然来了一个需求,问小明提交了哪些课程的作业?

🌱 A:语文 B:数学 C:英语 D:物理 E:化学 F:生物 G:历史 H:地理 .....

这么多课程.....我要8个字段? 万一还有课程呢?我还要再加字段?
我肯定不慌啊,我一个字段搞定。

二、解决之道

通过一个 int或者long 字段,来添加多个标志或者状态. 一个int或者long字段,能够管理多个标记(状态)值. 如此神奇的操作怎样实现的呢? 答案就是通过位运算来实现.

像这种,独立状态(标记)之间相互组合可以产生新的状态(标记),且每个独立状态(标记)只有true或者false值的,我们可以使用位状态的概念来管理这些状态.
它的核心思想就是将, int 数值看做是二进制数位表示.如果有四个状态就可以像这样 0000,用四位二进制表示,每一个二进制位都可以表示一种状态. 然后通过位运算,来提取或添加标记位.四位对应的组合状态有16个. 而我们,只需要通过一个int变量就能够管理这些状态.
当参与的状态(标记)越多时,如果使用单独的标记变量,就需要生成越多的变量,而用位域,这种独立状态为不管有多少个,都可以用一个变量表示.int类型最多存放32个独立状态.
位操作基础：

java中提供的基础位运算符有 与(&),或(|),非(~),异或(^),左移<<,右移(>>)和无符号右移(>>>).

除了位非(~)是一元操作符外，其它的都是二元操作符。

下面只介绍本文中,使用到的位操作：

1.位与

A & B : A和B对应的二进制数位都为1时,结果才为1,其他情况为0.

A     =  001101 // 13
B     =  100101 // 37
A & B =  000101 // 5

2.位或

A | B : A和B对应的二进制数位都为0时，结果才为0,其他情况为1.

A     =  001101 // 13
B     =  100101 // 37
A | B =  101101 // 45

3.位非

~A : 将a的二进制表示每一位进行取反操作,0变1,1变0.相当于相反数 - 1

A     =  001101 // 13
~A    =  11111111111111111111111111110010 // int32位,补码表示,第一位为符号位
// 根据上诉补码转原码为
//       10000000000000000000000000001110 // -14

4.左移操作

A << B：将A的二进制表示的每一位向左移B位，左边超出的位截掉，右边不足的位补0。在取值范围内,移动一位相当于乘2.

A     =  001101 // 13
A << 1 = 011010 // 26

三、实战操作

/**
 * @author LiJing
 * @ClassName: BitStatusUtils
 * @Description: 位运算处理状态的工具类
 * @date 2019/9/21
 * @time 10:38
 */
public class BitStatusUtils {

    //A:语文 B:数学 C:英语 D:物理 E:化学 F:生物 G:历史 H:地理 

    // 二进制表示 0001 没有交任何作业
    public static final int NONE              = 1<<0;   //默认
    public static final int CHINESE           = NONE<<1;//语文
    public static final int MATH              = NONE<<2;//数学
    public static final int ENGLISH           = NONE<<3;//英语
    public static final int PHYSICS           = NONE<<4;//物理
    public static final int CHEMISTRY         = NONE<<5;//化学
    public static final int BIOLOGY           = NONE<<6;//生物
    public static final int HISTORY           = NONE<<7;//历史
    public static final int GEOGRAPHY         = NONE<<8;//地理

    public static final int ALL =NONE|CHINESE|MATH|ENGLISH|PHYSICS|CHEMISTRY|BIOLOGY|HISTORY|GEOGRAPHY;

    /**
     * @param status 所有状态值
     * @param value  需要判断状态值
     * @return 是否存在
     */
    public static boolean hasStatus(long status, long value) {
        return (status & value) != 0;
    }

    /**
     * @param status 已有状态值
     * @param value  需要添加状态值
     * @return 新的状态值
     */
    public static long addStatus(long status, long value) {
        if (hasStatus(status, value)) {
            return status;
        }
        return (status | value);
    }

    /**
     * @param status 已有状态值
     * @param value  需要删除状态值
     * @return 新的状态值
     */
    public static long removeStatus(long status, long value) {
        if (!hasStatus(status, value)) {
            return status;
        }
        return status ^ value;
    }
    
     /**是否交了含有全部状态
     * @param status 
     * @return
     */
    public static boolean hasAllStatus(long status) {
        return (status & ALL) == ALL;
    }

    public static void main(String[] args) {

        long status = addStatus(NONE, CHINESE);
        System.out.println("小明交了语文作业:" + status);

        status = addStatus(status, PHYSICS);
        System.out.println("小明又交了物理作业:" + status);

        status = addStatus(status, HISTORY);
        System.out.println("小明还交了历史作业:" + status);

        status = removeStatus(status, HISTORY);
        System.out.println("小明撤销了历史作业:" + status);

        System.out.println("小明是否交了语文作业:" + hasStatus(status, CHINESE));
        System.out.println("小明是否交了历史作业:" + hasStatus(status, HISTORY));
        System.out.println("小明是否交了生物作业:" + hasStatus(status, BIOLOGY));
        System.out.println("小明是否交了全部作业:" + hasAllStatus(status));
    }
}

测试结果:

小明交了语文作业:3
小明又交了物理作业:19
小明还交了历史作业:147
小明撤销了历史作业:19
小明是否交了语文作业:true
小明是否交了历史作业:false
小明是否交了生物作业:false
小明是否交了全部作业:false

四、完美小结

内存由字节组成.每个字节由8位bit组成,每个bit状态只能是0或1.
所谓位模式,无非就是变量所占用内存的所有bit的状态的序列
运用场景:
1. 订单实体,我们可能涉及到的状态有,是否发货,是否审核,是否付款,是否接受等等.
2. 棋牌游戏用户状态
3. 棋盘的位图(棋盘模式)位置(域):上下左右左上角右上角左下角右下角方位等待
4. 用户是否提交多项认证资料等
优势:
1. 占用内存少
2. 具有高效的拷贝、设值、比较运算等
3. 位并行运算的可能
不足:
1. 难于调试
2. 访问单独位的复杂性,易出错
3. 难于扩展
4. 不符合面向对象的风格
5. 不能处理所有的任务;需要大量的工作

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