Menu Zamknij

Operacje bitowe w prostych funckjach

Operacje bitowe – dla początkujących to brzmi strasznie. Możemy sumować (OR), mnożyć (AND), odejmować (popularniej ksorować – XOR), negować (NOT), lub przesuwać bity. Ale dziś dwa zastosowania: podzielność przez 2 bez dzielenia modulo i sprawdzenie, czy liczba jest potęgą dwójki.
Ale na początek trochę podstaw. Operujemy na dwójkowym zapisie liczb, każdy bit, czyli krótko mówiąc jej cyfra. 0 to fałsz, 1 to prawda, często rozpatrywane w kategoriach bitu ustawionego i nie. Chwilow nie będziemy się zajmować liczbamiujemnymi, które można zapisywać na różne sposoby np. w U2.

Podzielność przez 2

bool parzysta(int liczba){
	return !(liczba&1);
}

Kod przeraża prostotą. Równie proste, choć może bardziej czytelne jest

 !(liczba%dzielnik) czyli (liczba%dzielnik)==0

Podzielność przez 2 w zapisie binarnym jest trywialna: ostatnia cyfra musi być 0 – nie ma żadnych jedynek dodanych do liczby. Jeśli liczbę, którą sprawdzamy i 1 wymnożymy logicznie to cyfrą isttną będzie ostatnia – pierwotnie LSB (ang. least significiant bit, najmniej znaczący bit). Jeśli będzie zerem, a więc oznaczający parzystość to pomnożny logicznie przez cokolwiek da nam zero, a w przeciwnym wypadku (ostatni bit to 1) da nam jedynkę. Cała reszta liczby – aż do MSB (most significiant bit) się zeruje, gdyż mnożenie czegokolwiek przez 0 da 0.
Na koniec zostanie nam 0000000000X. Skoro dla parzystej wychodziło X=0 to trzeba jeszcze zanegować wynik i od razu uzyskamy odpowiedź co do parzystości.
Przykład: 101010110 jest parzysta. 101010110 AND 000000001 = [1 and 0][0 and 0][1 and 0][0 and 0][1 and 0][0 and 0][1 and 0][1 and 0] i LSB: [0 and 1] = 000000000, czyli 0, czyli false.

Sprawdzanie czy liczba jest potęgą dwójki
Ta operacja naprawdę pokazuje potencjał operacji bitowych – nie ma soejego odpowiednika z taką wydajnością.

bool czyPotegaDwojki(int liczba){
	return (!(liczba & (--liczba)) && liczba);
}

Kod znów piękny i nic z niego nie wynika. Ale tylko pozornie.
&& liczba zapewnia, że liczba jest dodatnia – jakoś ciężko sobie wyobrazić sqrt(-1) bez typu danych zespolonych i zabawy na U2.

  1. Zakładamy, że gdy liczba & (–liczba) != 0 to liczba=2^k (k>=0). Pamiętając o jednym z ważnych praw logicznych – jeśli z prawdy wynika prawda to z nieprawdy wynika nieprawda.
  2. Załóżmy , że gdy x!=2^k to (liczba & (–liczba)) jest różne od zera.
  3. Jeśli x!=2^k to co najmniej 2 bity to jedynki (potęgi dwójki to 0, 10, 100, 1000 itd.).
  4. x-1 to x, gdzie idąc od lsb do msb (po ludzku od prawej do lewej) negujemy wszystko do pierwszej jedynki razem z nią (11000 -1 = 10111)
  5. x&(–x) kończy się zerami, jako, że końcówka aż do pierszej jedynki w x się czyści (z negacji powyżej),
  6. a pozostałych cyfr jest co najmniej 2 (założenia powyżej) to liczba ta jest różna od zera (XXXXX000000000) CND

Prawda, że proste?

Dodaj komentarz