Python 位运算符——详解

1.Python 位运算符——详解

• Python 位运算按照数据在内存中的二进制位（Bit）进行操作，它一般用于底层开发（算法设计、驱动、图像处理、单片机等），在应用层开发（Web 开发、Linux 运维等）中并不常见。想加快学习进度，或者不关注底层开发的读者可以先跳过本节，以后需要的话再来学习。

• Python 位运算符只能用来操作整数类型，它按照整数在内存中的二进制形式进行计算。Python 支持的位运算符如表所示。

2.按位与运算符

按位与运算符 &的运算规则是：只有参与 &运算的两个位都为 1 时，结果才为 1，否则为 0。例如 1&1 为 1，0&0 为 0，1&0 也为 0，这和逻辑运算符 &&非常类似。

例如，9&5 可以转换成如下的运算：

0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 （9 在内存中的存储）

& 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在内存中的存储）

-----------------------------------------------------------------------------------

0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0001 （1 在内存中的存储）

&运算符会对参与运算的两个整数的所有二进制位进行 &运算，9&5 的结果为 1。

又如，-9&5 可以转换成如下的运算：

1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在内存中的存储）

& 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在内存中的存储）

-----------------------------------------------------------------------------------

0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在内存中的存储）

-9&5 的结果是 5。

再强调一遍，&运算符操作的是数据在内存中存储的原始二进制位，而不是数据本身的二进制形式；其他位运算符也一样。

以-9&5 为例，-9 的在内存中的存储和 -9 的二进制形式截然不同：

1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在内存中的存储）

-0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 （-9 的二进制形式，前面多余的 0 可以抹掉）

按位与运算通常用来对某些位清 0，或者保留某些位。例如要把 n 的高 16 位清 0 ，保留低 16 位，可以进行 n & 0XFFFF 运算（0XFFFF 在内存中的存储形式为 0000 0000 – 0000 0000 – 1111 1111 – 1111 1111）。

使用 Python 代码对上面的分析进行验证：

n = 0X8FA6002D

print("%X" % (9&5) )

print("%X" % (-9&5) )

print("%X" % (n&0XFFFF) )

运行结果：

1

5

2D

3.按位或运算符

按位或运算符|的运算规则是：两个二进制位有一个为 1 时，结果就为 1，两个都为 0 时结果才为 0。例如 1|1 为 1，0|0 为 0，1|0 为 1，这和逻辑运算中的||非常类似。、

例如，9 | 5 可以转换成如下的运算：

0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 （9 在内存中的存储）

| 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在内存中的存储）

-----------------------------------------------------------------------------------

0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1101 （13 在内存中的存储）

9 | 5 的结果为 13。

又如，-9 | 5 可以转换成如下的运算：

1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在内存中的存储）| 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在内存中的存储）----------------------------------------------------------------------------------- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在内存中的存储）

-9 | 5 的结果是 -9。

按位或运算可以用来将某些位置 1，或者保留某些位。例如要把 n 的高 16 位置 1，保留低 16 位，可以进行 n | 0XFFFF0000 运算（0XFFFF0000 在内存中的存储形式为 1111 1111 – 1111 1111 – 0000 0000 – 0000 0000）。

使用 Python 代码对上面的分析进行验证：

n = 0X2D

print("%X" % (9|5) )

print("%X" % (-9|5) )

print("%X" % (n|0XFFFF0000) )

运行结果：

D

-9

FFFF002D

4.按位异或运算符

按位异或运算^的运算规则是：参与运算的两个二进制位不同时，结果为 1，相同时结果为 0。例如 0^1 为 1，0^0 为 0，1^1 为 0。

例如，9 ^ 5 可以转换成如下的运算：

0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 （9 在内存中的存储）

^ 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在内存中的存储）

-----------------------------------------------------------------------------------

0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1100 （12 在内存中的存储）

9 ^ 5 的结果为 12。又如，-9 ^ 5 可以转换成如下的运算：

1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在内存中的存储）

^ 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在内存中的存储）

-----------------------------------------------------------------------------------

1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0010 （-14 在内存中的存储）

-9 ^ 5 的结果是 -14。

按位异或运算可以用来将某些二进制位反转。例如要把 n 的高 16 位反转，保留低 16 位，可以进行 n ^ 0XFFFF0000 运算（0XFFFF0000 在内存中的存储形式为 1111 1111 – 1111 1111 – 0000 0000 – 0000 0000）。

使用 Python 代码对上面的分析进行验证：

n = 0X0A07002D

print("%X" % (9^5) )

print("%X" % (-9^5) )

print("%X" % (n^0XFFFF0000) )

运行结果：

C

-E

F5F8002D

5.按位取反运算符

按位取反运算符为单目运算符（只有一个操作数），右结合性，作用是对参与运算的二进制位取反。例如 1 为 0，~0 为 1，这和逻辑运算中的!非常类似。

例如，~9 可以转换为如下的运算：

~ 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 （9 在内存中的存储）

-----------------------------------------------------------------------------------

1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0110 （-10 在内存中的存储）

所以~9 的结果为 -10。

例如，~-9 可以转换为如下的运算：

~ 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在内存中的存储）

-----------------------------------------------------------------------------------

0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1000 （8 在内存中的存储）

所以~-9 的结果为 8。

使用 Python 代码对上面的分析进行验证：

print("%X" % (~9) )

print("%X" % (~-9) )12

运行结果：

-A

8

6.左移运算符

• Python 左移运算符<<用来把操作数的各个二进制位全部左移若干位，高位丢弃，低位补 0。

• 例如，9<<3 可以转换为如下的运算：

• << 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 （9 在内存中的存储）

  -----------------------------------------------------------------------------------

  0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0100 1000 （72 在内存中的存储）

• 所以 9<<3 的结果为 72。

• 又如，(-9)<<3 可以转换为如下的运算：

• << 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在内存中的存储）

  -----------------------------------------------------------------------------------

  1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1011 1000 （-72 在内存中的存储）

• 所以(-9)<<3 的结果为 -72

• 如果数据较小，被丢弃的高位不包含 1，那么左移 n 位相当于乘以 2 的 n 次方。

• 使用 Python 代码对上面的分析进行验证：

• print("%X" % (9<<3) )

  print("%X" % ((-9)<<3) )

运行结果：

48

-48

7.右移运算符

• Python 右移运算符>>用来把操作数的各个二进制位全部右移若干位，低位丢弃，高位补 0 或 1。如果数据的最高位是 0，那么就补 0；如果最高位是 1，那么就补 1。

例如，9>>3 可以转换为如下的运算：

>> 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 （9 在内存中的存储）

-----------------------------------------------------------------------------------

0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0001 （1 在内存中的存储）

所以 9>>3 的结果为 1。

又如，(-9)>>3 可以转换为如下的运算：

>> 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在内存中的存储）

-----------------------------------------------------------------------------------

1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1110 （-2 在内存中的存储）

所以(-9)>>3 的结果为 -2

如果被丢弃的低位不包含 1，那么右移 n 位相当于除以 2 的 n 次方（但被移除的位中经常会包含 1）。

使用 Python 代码对上面的分析进行验证：

print("%X" % (9>>3) )

print("%X" % ((-9)>>3) )

运行结果：

1

-2

//注释如有错误，欢迎大佬指出！