前端-JavaScript位运算

一、什么是位运算

  JavaScript 中的位运算符允许直接对二进制位进行操作，这是在底层操作数据的一种非常高效的方式。尽管在现代 JavaScript 开发中，位运算可能不是非常常见，但在某些特定场景（如算法优化、低层级数据处理、加密等）中仍然非常有用。

二、常用位运算

1. 按位与 (&)

• 运算规则： 按位与运算符将两个数的每一位进行 AND 运算，只有在两个对应的二进制位都为 1 时，结果才为 1，否则为 0。

• 特点：

  • 任何数与 0 进行按位与，结果为 0：a & 0 = 0

  • 任何数与 1 进行按位与，结果为该数的最低位：a & 1 = a 的最低位（如果 a 为偶数，结果为 0；如果 a 为奇数，结果为 1）

let a = 5; // 二进制: 0101 
let b = 3; // 二进制: 0011 
console.log(a & b); // 结果: 1 (二进制: 0001)

2. 按位或 (|)

• 运算规则：按位或运算符将两个数的每一位进行 OR 运算，只要对应的二进制位中有一个为 1，结果就是 1，否则为 0。

• 特点：

  • 任何数与 0 进行按位或，结果为该数本身：a | 0 = a。

  • 任何数与 1 进行按位或，结果总是 1：a | 1 = 1（如果 a 为奇数，结果为 1；如果 a 为偶数，结果为 a+1）。

let a = 5;  // 二进制: 0101
let b = 3;  // 二进制: 0011
console.log(a | b);  // 结果: 7 (二进制: 0111)

3. 按位异或 (^)

• 运算规则：按位异或运算符将两个数的每一位进行 XOR 运算，当对应的二进制位不同（一个为 0，另一个为 1）时，结果为 1，否则为 0。

• 特点：

  • 任何数与 0 进行异或，结果为该数本身：a ^ 0 = a。

  • 任何数与自己进行异或，结果为 0：a ^ a = 0。

let a = 5;  // 二进制: 0101
let b = 3;  // 二进制: 0011
console.log(a ^ b);  // 结果: 6 (二进制: 0110)

4. 按位非 (~)

• 运算规则：按位非运算符对一个数的每一位进行取反操作，即 0 变 1，1 变 0。它等同于 -n-1。

• 特点：

  • 任何数按位取反，结果是该数的负数减 1：~a = -(a+1)。

let a = 5;        // 5 的二进制表示为：00000000 00000000 00000000 00000101
let result = ~a;  // 按位取反后为：  11111111 11111111 11111111 11111010
console.log(result); // 输出: -6

5. 左移 (<<)

• 运算规则：左移运算符将一个数的二进制位向左移动指定的位数，右侧用 0 填充。左移一位相当于乘以 2。

• 特点：

  • 左移 n 位相当于乘以 2^n：a << n = a * 2^n。

  • 容易造成溢出：移位过多可能导致超出数值表示范围，造成数据丢失。

let a = 5;  // 二进制: 0101
console.log(a << 1);  // 结果: 10 (二进制: 1010)

6. 右移 (>>)

• 运算规则：右移运算符将一个数的二进制位向右移动指定的位数，左侧用符号位（即最高位的值，0或1）填充。如果是正数，左侧填充 0，如果是负数，左侧填充 1。右移一位相当于除以 2。

• 特点：

  • 右移 n 位相当于除以 2^n，向下取整：a >> n = Math.floor(a / 2^n)。

  • 保持符号位不变：负数右移时，符号位 1 保持不变。

let a = 5;  // 二进制: 0101
console.log(a >> 1);  // 结果: 2 (二进制: 0010)

let b = -5; // 二进制: 11111111111111111111111111111011 (32位)
console.log(b >> 1);  // 结果: -3 (二进制: 11111111111111111111111111111101)

7. 无符号右移 (>>>)

• 运算规则：无符号右移运算符将一个数的二进制位向右移动指定的位数，左侧总是用 0 填充，不管符号位是什么。无符号右移对于正数和右移效果相同，但对于负数，结果会变成非常大的正数。

• 特点：

  • 无符号右移忽略符号位，左侧总是补 0。

  • 对于正数和右移效果相同：a >>> n = Math.floor(a / 2^n)。

  • 负数无符号右移后会变成一个非常大的正数，因为左侧补 0，导致符号位被重置。

let a = 5;  // 二进制: 0101
console.log(a >>> 1);  // 结果: 2 (二进制: 0010)

let b = -5; // 二进制: 11111111111111111111111111111011 (32位)
console.log(b >>> 1);  // 结果: 2147483645 (二进制: 01111111111111111111111111111101)