Python的二進制表示

Python是一種高級編程語言，它提供了一種簡單而明確的語法，使程序員可以更專註於解決問題而非語言細節。Python使用二進制表示法來描述數字和數據。在這篇文章中，我們將深入探討Python中的二進制表示法，並探討它與計算機硬件之間的關係。

一、基礎知識

在Python中，數字可以用不同的表示法來表示。除了最常用的十進制表示法外，Python還允許使用二進制、八進制和十六進制來表示數字。在介紹Python的二進制表示法之前，我們先來看看其他三種數字表示法。

1、八進制表示法

num_oct = 0o10
print(num_oct)  # 輸出 8

2、十六進制表示法

num_hex = 0x10
print(num_hex)  # 輸出 16

3、十進制表示法

num_dec = 10
print(num_dec)  # 輸出 10

在Python中，如果我們要表示一個二進制數字，可以用0b前綴，後面跟着二進制數的內容。

4、二進制表示法

num_bin = 0b10
print(num_bin)  # 輸出 2

通過這些示例，我們可以看出不同數字之間的區別是它的表示法。Python解釋器會將數字轉換為內部的二進制表示形式，以便給計算機硬件使用。

二、Python中的位運算

Python提供了一些二進制操作符，可以對二進制數進行一些常見的操作。這些操作符包括位與、位或、位異或、左移和右移。這些操作符可以與Python中的數字操作符結合使用，例如加、減、乘和除。

1、按位與(&)

按位與運算符的運算規則是將兩個操作數中對應的二進制數上的位進行與操作，如果兩位都是1，則該位的結果為1，否則為0。

例如，3 &= 2，這會將3轉換為二進制格式(011)，2也轉換為二進制格式(010)。現在我們可以使用位運算符進行按位與操作：

x = 3
y = 2
z = x & y
print(z)  # 輸出 2

2、按位或(|)

按位或運算符的運算規則是將兩個操作數中對應的二進制數上的位進行或操作，如果兩位中有一個為1，則該位的結果為1，否則為0。

例如，3 |= 4，這會將3轉換為二進制格式(011)，4也轉換為二進制格式(100)。現在我們可以使用位運算符進行按位或操作：

x = 3
y = 4
z = x | y
print(z)  # 輸出 7

3、按位異或(^)

按位異或運算符的運算規則是將兩個操作數中對應的二進制數上的位進行異或操作，如果兩位相同，則該位的結果為0，否則為1。

例如，3 ^= 1，這會將3轉換為二進制格式(011)，1也轉換為二進制格式(001)。現在我們可以使用位運算符進行按位異或操作：

x = 3
y = 1
z = x ^ y
print(z)  # 輸出 2

4、左移(<<)

左移運算符的運算規則是將第一個操作數的二進制表示左移指定的位數，左移時，高位補0。

例如，3 <<= 2，這會將3轉換為二進制格式(011)，然後將其左移2位變為(110)，現在我們可以使用位運算符進行左移操作：

x = 3
y = 2
z = x << y
print(z)  # 輸出 12

5、右移(>>)

右移運算符的運算規則是將第一個操作數的二進制表示右移指定的位數，右移時，低位補0。

例如，8 >>= 2，這會將8轉換為二進制格式(1000)，然後將其右移2位變為(0010)，現在我們可以使用位運算符進行右移操作：

x = 8
y = 2
z = x >> y
print(z)  # 輸出 2

三、Python中的內置函數bin和int

Python提供了兩個內置函數，可用於在二進制數和整數之間進行轉換。為了從整數轉換成二進制數，我們可以使用函數bin()，從二進制數轉換成整數，我們可以使用函數int()。

1、使用bin()函數將整數轉換為二進制數

num = 10
print(bin(num))
# 輸出 '0b1010'

輸出結果表明num的二進制表示是0b1010。需要注意的是，bin()函數返回的結果是一個字符串類型。因為0b前綴表示使用二進制表示法。

2、使用int()函數將二進制數轉換為整數

binary_num = '0b1010'
print(int(binary_num, 2))
# 輸出 10

請注意，int()函數可以帶兩個參數。第一個參數是要轉換的數字，第二個參數是用於表示轉換數制的基數。在上面的示例中，我們將二進制數目標基數設置為2。

總結

Python中的二進制表示法對於進行數字計算操作、位運算和數據存儲等操作非常重要。要在Python中使用二進制數，只需要前綴加上0b即可。Python還提供了內置函數bin()和int()，可用於將數字在二進制數和整數之間進行轉換。我們還介紹了Python中的位運算符，可以對二進制數進行一些常見的操作，包括按位與、按位或、按位異或、左移和右移。