对于初学者来说，理解十进制比较容易,但是对于二进制的理解就稍显困难。Python中内置的二进制运算符号遵循相应的数学规则，比如x % y取余运算，它可以应用于任意数据类型。本篇文章将详细讲解Python二进制运算的基础知识和运用。
一、基础概念
1、二进制基础知识
在计算机中，所有操作都是以二进制来进行的。二进制只有两个数码0和1，由此构成了二进制数。如下图所示，二进制数的第n位权值为2的(n-1)次方，从右到左分别为2^0,2^1,2^2,2^3,2^4…。每个数码乘上对应权值，累加起来即为二进制数的值。
10111 = 1*2^4 + 0*2^3 + 1*2^2 + 1*2^1 + 1*2^0 = 16 + 0 + 4 + 2 + 1 = 23
2、Python二进制运算符
Python提供了丰富的二进制运算符号，如下表所示：
| 运算符 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
| & | 按位与 | 4 & 5 = 4 |
| | | 按位或 | 4 | 5 = 5 |
| ~ | 按位取反 | ~4 = -5 |
| ^ | 按位异或 | 4 ^ 5 = 1 |
| << | 左移 | 4 << 2 = 16 |
| >> | 右移 | 4 >> 2 = 1 |
二、数据类型转换
Python中二进制数的类型为int类型，无法直接输出二进制数。因此，在实际应用中需要对数据类型进行转换。
1、十进制转二进制
def dec2bin(dec):
if dec == 0:
return '0'
s = ''
while dec:
s = s + str(dec % 2)
dec = dec // 2
return s[::-1]
print(dec2bin(23)) # 输出10111
上面的方法将十进制数逐位转化为二进制数，直到整个二进制数全部转换完毕。
2、二进制转十进制
def bin2dec(bin):
l = len(bin)
dec = 0
for x in range(l):
dec += int(bin[x]) * 2 ** (l - x - 1)
return dec
print(bin2dec('10111')) # 输出23
上述方法将二进制数长度l-1，从高位到低位依次计算权值2的倍数，将结果相加即可得到十进制数。
三、运算实例
Python25%2表达式输出结果为1，这个结果为什么呢？25的二进制表达式为11001，2的二进制表达式为10，按位进行取余操作后得到的结果为1。
a = 25
b = 2
print(bin(a % b)) # 输出0b1
四、应用场景
二进制运算在实际应用中有着广泛的应用，例如位运算、掩码等。下面以位运算为例，在Python中使用位运算符可以快速进行二进制的计算。
1、位运算
a = 60 # 60 = 0011 1100
b = 13 # 13 = 0000 1101
c = a & b; # 12 = 0000 1100
print("a & b 的值为：", c)
c = a | b; # 61 = 0011 1101
print("a | b 的值为：", c)
c = a ^ b; # 49 = 0011 0001
print("a ^ b 的值为：", c)
c = ~a; # -61 = 1100 0011
print("~a 的值为：", c)
c = a << 2; # 240 = 1111 0000
print("a << 2 的值为：", c)
c = a >> 2; # 15 = 0000 1111
print("a >> 2 的值为：", c)
2、IP地址掩码计算
IP = '192.168.10.1'
netmask = '255.255.255.0'
ip_list = IP.split('.')
netmask_list = netmask.split('.')
for i in range(4):
ip_list[i] = str(int(ip_list[i]) & int(netmask_list[i]))
net = '.'.join(ip_list)
print(net)
上述方法将IP地址和掩码二进制进行按位与运算，得到的结果为网络地址。
五、总结
本文介绍了Python中二进制运算的基础知识和运用，包括二进制的基本概念、Python的二进制运算符、数据类型转换、运算实例和应用场景等。在实际应用中，二进制运算可以有效地提高计算效率，并且对于计算机网络等方面有着重要的作用。
原创文章，作者：YEHVP，如若转载，请注明出处：https://www.506064.com/n/373394.html
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