Python中的位運算符及其應用

Python中的位運算符主要有：按位與(&)、按位或(|)、按位異或(^)、按位取反(~)、左移位(<>)，下面將詳細介紹這些運算符的使用及應用。

一、按位與(&)

按位與(&)的運算規則是將兩個數的二進位相同位上的數字進行”與”操作，即都為1，結果才為1，否則為0。例如：

a = 60    # 60的二進位為 0011 1100
b = 13    # 13的二進位為 0000 1101
c = a & b # 12的二進位為 0000 1100
print("c的值為：", c)

上述代碼中，結果為12，是因為60的二進位為0011 1100，13的二進位為0000 1101，對應位置上的數字都為1的只有第4個和第5個，因此得到的結果為0000 1100，即十進位的12。

按位與的應用場景：通過按位與的操作，可以將一個數的某些位設為0，例如通過將0b11110000進行按位與0b00111111的操作可以將前四位清零。

二、按位或(|)

按位或(|)的運算規則是將兩個數的二進位相同位上的數字進行”或”操作，即有一個為1，結果為1，否則為0。例如：

a = 60    # 60的二進位為 0011 1100
b = 13    # 13的二進位為 0000 1101
c = a | b # 61的二進位為 0011 1101
print("c的值為：", c)

上述代碼中，結果為61，是因為60的二進位為0011 1100，13的二進位為0000 1101，對應位置上的數字都為0的只有第6個，因此得到的結果為0011 1101，即十進位的61。

按位或的應用場景：通過按位或的操作，可以將一個數的某些位設為1，例如通過將0b00001111進行按位或0b11000000的操作可以將後四位設為1。

三、按位異或(^)

按位異或(^)的運算規則是將兩個數的二進位相同位上的數字進行”異或”操作，即相同為0，不同為1。例如：

a = 60    # 60的二進位為 0011 1100
b = 13    # 13的二進位為 0000 1101
c = a ^ b # 49的二進位為 0011 0001
print("c的值為：", c)

上述代碼中，結果為49，是因為60的二進位為0011 1100，13的二進位為0000 1101，對應位置上的數字都不同的只有第1個、第2個、第3個、第4個和第5個，因此得到的結果為0011 0001，即十進位的49。

按位異或的應用場景：通過按位異或的操作，可以將一個數的某些位取反，例如將0b10011010進行按位異或0b11111111的操作可以將這個數字中的所有位取反。

四、按位取反(~)

按位取反(~)的運算規則是將一個數的二進位碼按位取反，即0變1，1變0。例如：

a = 60    # 60的二進位為 0011 1100
b = ~a     # -61
print("b的值為：", b)

上述代碼中，結果為-61，是因為60的二進位為0011 1100，按位取反後變為1100 0011，再轉換成十進位表示為-61。

按位取反的應用場景：按位取反一般用於補碼的運算。在計算機中，負數是以補碼的形式存儲的。按位取反後再加上1，即可得到負數的原碼。

五、左移位(<<)

左移位(<<)的運算規則是將一個數的二進位碼向左移動指定的位數，移動後空出的位補0。例如：

a = 15    # 15的二進位為 0000 1111
b = a << 2 # 60的二進位為 0011 1100
print("b的值為：", b)

上述代碼中，結果為60，是因為15的二進位為0000 1111，向左移動兩位後變為0011 1100，即十進位的60。

左移位的應用場景：通過左移位的操作，可以將一個數乘以2的整數次方，例如將0b00001111進行左移位2位的操作可以將這個數字乘以4。

六、右移位(>>)

右移位(>>)的運算規則是將一個數的二進位碼向右移動指定的位數，移動後空出的位補0。例如：

a = 60    # 60的二進位為 0011 1100
b = a >> 2 # 15的二進位為 0000 1111
print("b的值為：", b)

上述代碼中，結果為15，是因為60的二進位為0011 1100，向右移動兩位後變為0000 1111，即十進位的15。

右移位的應用場景：通過右移位的操作，可以將一個數除以2的整數次方，例如將0b11110000進行右移位2位的操作可以將這個數字除以4。