Go 语言位运算符全面总结
📊 位运算符速查表
| 运算符 |
名称 |
示例 |
结果 |
记忆技巧 |
& |
位与 (AND) |
1010 & 1100 |
1000 |
都为1才是1 |
| |
位或 (OR) |
1010 | 1100 |
1110 |
有1就是1 |
^ |
位异或 (XOR) |
1010 ^ 1100 |
0110 |
不同为1 |
&^ |
位清除 (AND NOT) |
1010 &^ 1100 |
0010 |
清除右边为1的位 |
<< |
左移 |
0011 << 2 |
1100 |
乘以2^n |
>> |
右移 |
1100 >> 2 |
0011 |
除以2^n |
^(一元) |
位取反 (NOT) |
^1010 |
...0101 |
0变1，1变0 |
🔍 详细功能解析
1. 位与 & - 按位与
// 功能：两个位都为1时结果为1，否则为0
func bitwiseAND() {a := 0b1010 // 10b := 0b1100 // 12result := a & b // 0b1000 = 8fmt.Printf("%04b & %04b = %04b\n", a, b, result)// 输出: 1010 & 1100 = 1000// 应用场景：// 1. 检查特定位是否为1flags := 0b1101mask := 0b0100 // 检查第2位if flags & mask != 0 {fmt.Println("第2位是1")}// 2. 清除某些位（通过与0相与）clearMask := ^0b0010 // 1110...1101cleared := flags & clearMask // 清除第1位
}
2. 位或 | - 按位或
// 功能：两个位有1个为1时结果为1
func bitwiseOR() {a := 0b1010 // 10b := 0b1100 // 12result := a | b // 0b1110 = 14fmt.Printf("%04b | %04b = %04b\n", a, b, result)// 输出: 1010 | 1100 = 1110// 应用场景：// 1. 设置特定位为1flags := 0b0000setMask := 0b0010flags = flags | setMask // 设置第1位为1// 2. 组合多个标志read := 1 << 0 // 0001write := 1 << 1 // 0010exec := 1 << 2 // 0100permissions := read | write | exec // 0111
}
3. 位异或 ^ - 按位异或
// 功能：两个位不同时结果为1，相同时为0
func bitwiseXOR() {a := 0b1010 // 10b := 0b1100 // 12result := a ^ b // 0b0110 = 6fmt.Printf("%04b ^ %04b = %04b\n", a, b, result)// 输出: 1010 ^ 1100 = 0110// 应用场景：// 1. 切换位（0变1，1变0）flags := 0b1010toggleMask := 0b0011toggled := flags ^ toggleMask // 1001// 2. 交换两个数（不用临时变量）x, y := 5, 9x = x ^ yy = x ^ yx = x ^ y// 现在 x=9, y=5// 3. 加密/解密（相同密钥两次异或得到原值）data := 42key := 123encrypted := data ^ keydecrypted := encrypted ^ key // 变回42
}
4. 位清除 &^ - AND NOT（Go特有）
// 功能：清除a中在b里为1的位
func bitwiseAndNot() {a := 0b1010 // 10b := 0b1100 // 12result := a &^ b // 0b0010 = 2fmt.Printf("%04b &^ %04b = %04b\n", a, b, result)// 输出: 1010 &^ 1100 = 0010// 等价于：a & (^b)// 但比 ^ 优先级高，更安全// 应用场景：// 1. 清除特定标志位flags := 0b1111clearMask := 0b1010cleared := flags &^ clearMask // 0101// 2. 从集合中移除元素（差集）setA := 0b1101 // 元素 {0, 2, 3}setB := 0b0110 // 元素 {1, 2}diff := setA &^ setB // 1101，移除交集
}
5. 左移 << - 向左移位
// 功能：所有位向左移动，右侧补0
func leftShift() {x := 0b0001 // 1result := x << 3 // 0b1000 = 8fmt.Printf("%04b << 3 = %04b (%d)\n", x, result, result)// 输出: 0001 << 3 = 1000 (8)// 应用场景：// 1. 快速乘以2的幂n := 5doubled := n << 1 // 10times8 := n << 3 // 40// 2. 创建位掩码bit3 := 1 << 3 // 00001000bits2and3 := (1<<2) | (1<<3) // 00001100// 3. 标志位定义const (FlagA = 1 << iota // 1FlagB // 2FlagC // 4FlagD // 8)
}
6. 右移 >> - 向右移位
// 功能：所有位向右移动
func rightShift() {x := 0b1000 // 8result := x >> 2 // 0b0010 = 2fmt.Printf("%04b >> 2 = %04b (%d)\n", x, result, result)// 输出: 1000 >> 2 = 0010 (2)// 注意：有符号数和无符号数右移行为不同！// 无符号数：左侧补0// 有符号数：左侧补符号位（算术右移）var u uint8 = 0b10000000 // 128var s int8 = -128 // 二进制也是10000000fmt.Printf("无符号: %08b >> 1 = %08b (%d)\n", u, u>>1, u>>1)fmt.Printf("有符号: %08b >> 1 = %08b (%d)\n", byte(s), s>>1, s>>1)// 应用场景：// 1. 快速除以2的幂（无符号数）n := 16half := n >> 1 // 8// 2. 提取特定位value := 0b11010110bit3 := (value >> 3) & 1 // 提取第3位// 3. 分解字节rgb := 0xFF3366r := (rgb >> 16) & 0xFF // 红色分量g := (rgb >> 8) & 0xFF // 绿色分量b := rgb & 0xFF // 蓝色分量
}
7. 位取反 ^ - 一元运算符
// 功能：所有位取反（0变1，1变0）
func bitwiseNOT() {x := uint8(0b00001111) // 15result := ^x // 0b11110000 = 240fmt.Printf("^%08b = %08b\n", x, result)// 输出: ^00001111 = 11110000// 注意：Go中^既是一元也是二元运算符// 一元：位取反// 二元：异或// 应用场景：// 1. 创建掩码的反码mask := 0b00001111invertedMask := ^mask // 11110000// 2. 求补码（有符号数）// Go中整数以补码形式存储// 3. 清除特定位（与&^配合）flags := 0b1111keepMask := 0b1100 // 保留高2位cleared := flags & ^keepMask // 清除低2位
}
📊 组合使用示例
示例1：权限系统
// 使用位运算实现权限控制
const (Read = 1 << iota // 0001Write // 0010Execute // 0100Delete // 1000
)type User struct {permissions byte
}func (u *User) addPermission(perm byte) {u.permissions |= perm // 设置位
}func (u *User) removePermission(perm byte) {u.permissions &^= perm // 清除位
}func (u *User) hasPermission(perm byte) bool {return u.permissions & perm != 0 // 检查位
}func (u *User) togglePermission(perm byte) {u.permissions ^= perm // 切换位
}
示例2：位标志操作
func bitFlagOperations() {// 初始化标志var flags uint8 = 0// 设置标志flags |= 0b00000001 // 设置第0位flags |= 0b00000100 // 设置第2位fmt.Printf("设置后: %08b\n", flags) // 00000101// 检查标志if flags & 0b00000100 != 0 {fmt.Println("第2位已设置")}// 清除标志flags &^= 0b00000001 // 清除第0位fmt.Printf("清除后: %08b\n", flags) // 00000100// 切换标志flags ^= 0b00001000 // 切换第3位fmt.Printf("切换后: %08b\n", flags) // 00001100// 获取所有设置的位for i := 0; i < 8; i++ {if flags & (1 << i) != 0 {fmt.Printf("位 %d 已设置\n", i)}}
}
示例3：颜色操作（RGBA）
func colorOperations() {// 32位ARGB颜色：A R G B 各8位color := uint32(0xFF336699) // Alpha=FF, R=33, G=66, B=99// 提取各分量alpha := (color >> 24) & 0xFFred := (color >> 16) & 0xFFgreen := (color >> 8) & 0xFFblue := color & 0xFFfmt.Printf("A=%02X R=%02X G=%02X B=%02X\n", alpha, red, green, blue)// 修改分量// 将红色分量改为0xAAcolor = (color & 0xFF00FFFF) | (0xAA << 16)// 降低亮度（所有分量减半）color = ((color >> 1) & 0x7F7F7F7F) | (alpha << 24)// 创建新颜色newColor := (0xFF << 24) | (0x12 << 16) | (0x34 << 8) | 0x56
}
🎯 优先级和结合性
| 优先级 |
运算符 |
说明 |
| 1 |
^(一元) |
位取反 |
| 2 |
<< >> |
移位 |
| 3 |
& |
位与 |
| 4 |
^(二元) |
位异或 |
| 5 |
| |
位或 |
| 6 |
&^ |
位清除 |
使用括号明确优先级：
// 容易混淆的表达式
result1 := a & b ^ c // (a & b) ^ c
result2 := a & (b ^ c) // 不同的结果！// 总是使用括号使意图明确
clear := (a & ^b) // 与 a &^ b 相同
💡 实用技巧
1. 判断奇偶性
func isEven(n int) bool {return n & 1 == 0 // 比 n%2 == 0 更快
}
2. 交换两个变量
func swap(a, b int) (int, int) {a ^= bb ^= aa ^= breturn a, b // 不用临时变量
}
3. 判断是否是2的幂
func isPowerOfTwo(n int) bool {return n > 0 && (n & (n-1)) == 0
}
4. 获取最低位的1
func lowestSetBit(n int) int {return n & -n // 如：1010 & 0110 = 0010
}
5. 统计1的个数（Brian Kernighan算法）
func countOnes(n uint) int {count := 0for n != 0 {n &= n - 1 // 清除最低位的1count++}return count
}