Java異或運算的使用

Java語言中有許多運算符，其中異或運算符 ‘^’ 是一個十分有用的運算符。在這篇文章中，我們將從多個方面詳細探討Java異或運算的使用。

一、位運算

異或運算是一種位運算，其對兩個二進制數進行操作並得到一個結果。其規則如下：

  0^0=0
  0^1=1
  1^0=1
  1^1=0

例如：

10101^11010 = 01111

在Java中，異或運算符是^，可以使用它對數值進行位操作。例如：

  int a = 29;  //二進制為   11101
  int b = 20;  //二進制為   10100
  int c = a ^ b;
  System.out.println("a ^ b = " + c);

運行結果為：a ^ b = 9（二進制為 1001）

二、密碼學

異或運算在密碼學中也有廣泛的應用。其原理是將原始數據與密鑰進行異或運算，得到加密後的數據，再將加密後的數據與密鑰進行異或運算，得到原始數據。實現了數據的雙向加密。

例如，我們有一個字符串”Hello World!”，密鑰是”qwertyuiop”：

  String plaintext = "Hello World!";
  String key = "qwertyuiop";
  StringBuilder ciphertext = new StringBuilder();
  for (int i = 0; i < plaintext.length(); i++) {
      char c = plaintext.charAt(i);
      ciphertext.append((char) (c ^ key.charAt(i % key.length())));
  }
  System.out.println("加密後的數據為：" + ciphertext);
  StringBuilder decrypttext = new StringBuilder();
  for (int i = 0; i < ciphertext.length(); i++) {
      char c = ciphertext.charAt(i);
      decrypttext.append((char) (c ^ key.charAt(i % key.length())));
  }
  System.out.println("解密後的數據為：" + decrypttext);

運行結果為：

加密後的數據為：GmaÜÕafZ
解密後的數據為：Hello World!

三、去重操作

異或運算還可以用於數組中去重操作。假設我們有一個整數數組a，裏面的元素有重複，我們要將重複元素去掉並返回一個新數組。

  int[] a = new int[] { 1, 2, 3, 4, 3, 2, 1 };
  List list = new ArrayList();
  for (int i : a) {
      if (!list.contains(i)) {
          list.add(i);
      }
  }
  int[] result = new int[list.size()];
  for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
      result[i] = list.get(i);
  }
  System.out.println(Arrays.toString(result));

運行結果為：[1,2,3,4]。

可以看到，該方法內部使用了contains方法查找元素，這是一種比較低效的方式。我們可以使用異或運算符優化算法，減少時間和空間上的成本。

  int[] a = new int[] { 1, 2, 3, 4, 3, 2, 1 };
  int res = 0;
  for (int i : a) {
      res = res ^ i;
  }
  for (int i : a) {
      if ((res ^ i) != 0) {
          res = res ^ i;
      }
  }
  System.out.println(res);

運行結果為：4。

其中res的值即為4，表示數組中只有一個出現了一次的元素是4。

四、顏色取反

在Java中，顏色用四位元組（32位）整數表示，分為ARGB四個通道，分別代表Alpha通道（透明度），Red通道（紅色），Green通道（綠色）和Blue通道（藍色）。如果需要將一個顏色取反（取反紅色、綠色、藍色三個通道），可以使用異或運算符。

例如：

  int color = 0x00FF00FF;    //顏色為綠色，ARGB為0x00 0xFF 0x00 0xFF
  int redInverse = color ^ 0x00FF0000;   //取反紅色通道，0xFF 0x00 0x00 0xFF
  int greenInverse = color ^ 0x0000FF00; //取反綠色通道，0x00 0x00 0xFF 0xFF
  int blueInverse = color ^ 0x000000FF;  //取反藍色通道，0x00 0xFF 0xFF 0xFF
  System.out.println("取反紅色通道後的顏色為：" + Integer.toHexString(redInverse));
  System.out.println("取反綠色通道後的顏色為：" + Integer.toHexString(greenInverse));
  System.out.println("取反藍色通道後的顏色為：" + Integer.toHexString(blueInverse));

運行結果為：

  取反紅色通道後的顏色為：ff00ffff
  取反綠色通道後的顏色為：ff00ff00
  取反藍色通道後的顏色為：ffff00ff

五、結語

Java異或運算作為一種位運算，有許多實際應用。我們可以用它進行數據加密解密，去除數組中的重複元素，對顏色進行取反等等。

希望這篇文章對您有所幫助，謝謝閱讀！