Java異或運算符

在Java中，異或（^）運算符是一個二元運算符，其返回兩個操作數中的每個位，如果有一個位的值為1，則此位的結果為1，否則為0。本文將提供Java異或運算符相關的詳細信息和代碼示例。

一、異或運算符的用途

異或運算符有很多應用場景。下面列出其中一些：

1. 交換兩個變量的值

使用異或運算符可以交換兩個變量的值，而不需要利用第三方變量。如下所示：

int a = 5;
int b = 7;
a = a ^ b;
b = a ^ b;
a = a ^ b;
System.out.println("a=" + a);    // a=7
System.out.println("b=" + b);    // b=5

2. 檢查單個位是否設置

使用異或運算符可以檢查單個二進制位是否設置。比如，要檢查一個整數的第3位是否設置：

int num = 9;    // 二進制：1001
int mask = 1 << 3;
if ((num ^ mask) == 0) {
    System.out.println("第3位已設置");
} else {
    System.out.println("第3位未設置");
}

3. 將單個位設置為特定值

使用異或運算符可以將單個二進制位設置為特定值。比如，要將一個整數的第3位設置為1：

int num = 9;    // 二進制：1001
int mask = 1 << 3;
num = num ^ mask;
System.out.println("num=" + num);    // num=13    二進制：1101

二、異或運算符的特點

異或運算符具有一些特點，這些特點使得它在特定場景下非常有用。

1. 翻轉位

異或運算符可以用來翻轉二進制位。比如，要將一個整數的所有二進制位翻轉：

int num = 45;    // 二進制：00101101
int result = ~num;    // 二進制：11010010
System.out.println("result=" + result);    // result=-46

2. 不影響其他位

異或運算符可以對目標位進行修改，而不會影響其他位。這可以用來保留其他位的值。比如，要將一個整數的第3位設置為1，而保留其他位不變：

int num = 9;    // 二進制：1001
int mask = 1 << 3;    // 二進制：0100
num = num | mask;
System.out.println("num=" + num);    // num=13    二進制：1101

3. 應用於加密

異或運算符可以用於簡單的加密算法。比如，將明文與一個隨機的密鑰進行異或運算，可以得到加密後的密文。在解密時，再將密文與相同的密鑰進行異或運算即可得到明文。

public static void main(String[] args) {
    String plaintext = "Hello World";
    String key = "secret";
    String ciphertext = encrypt(plaintext, key);    // 加密
    String decrypted = encrypt(ciphertext, key);    // 解密
    System.out.println("加密前：" + plaintext);
    System.out.println("加密後：" + ciphertext);
    System.out.println("解密後：" + decrypted);
}

public static String encrypt(String plaintext, String key) {
    StringBuilder ciphertext = new StringBuilder();
    int keyIndex = 0;
    for (int i = 0; i < plaintext.length(); i++) {
        char c = plaintext.charAt(i);
        char k = key.charAt(keyIndex);
        char e = (char) (c ^ k);
        ciphertext.append(e);
        keyIndex = (keyIndex + 1) % key.length();
    }
    return ciphertext.toString();
}

三、異或運算符的原理

異或運算符具有以下特點：

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

這些特點可以解釋異或運算符的行為。具體來說，每個位上的結果都是兩個操作數上相應位的異或（也稱「不同」）。

比如，要計算 10 ^ 7（十進制）：

10 = 1010（二進制）
7 = 0111（二進制）
--------
    1101（二進制）= 13（十進制）

四、總結

在Java中，異或運算符是一個十分有用的二元運算符，可以用於很多不同的場景。通過上面的示例，希望您對Java異或運算符有了更深入的了解。