C# 位运算及应用

位运算符

非运算：~

运算规则：将0换成1，将1换成0

与运算：&

运算规则：1&0 = 0；1&1 = 1；0&0=0

或运算：|

运算规则：1|0 = 1；1|1 = 1；0|0=0

异或运算：^

运算规则：1^0 = 1；1^1 = 0；0^0=0 相同得0，相异得1

左移运算：<<

 运算规则：左移相当于乘. 左移一位相当于乘2;左移两位相当于乘4;左移三位相当于乘8。左移n位相当于乘以2的n次幂

  x<<1= x*2 
  x<<2= x*4 
  x<<3= x*8 
  x<<4= x*16

例子：3<<3

右移运算：>>

运算规则：右移相当于整除. 右移一位相当于除以2;右移两位相当于除以4;右移三位相当于除以8。

右移n位相当于整除2的n次幂

  x>>1= x/2 
  x>>2= x/4 
  x>>3= x/8 
  x>>4=x/16

应用

判断奇偶数

(x&1) == 0   true：偶数  false:奇数

用来替换使用取模运算来判断奇偶数（x%2 == 0）

使用位运算的实现会比使用取模运算的实现要快

实现和2的n次幂的乘除法

和2的n次幂的乘法

算术运算实现，速度较慢

public int Logic(int num,int count)
{
    return  num * (int)Math.Pow(2, count);
}

位运算实现，速度快

public int Logic(int num,int count)
{
    return num<<count;
}

 和2的n次幂的整除

算术运算实现，速度较慢

public int Logic(int num,int count)
{
    return  num / (int)Math.Pow(2, count);
}

位运算实现，速度快

public int Logic(int num,int count)
{
    return num>>count;
}

交换两个整数

普通实现：借助临时变量实现

int a = 1;
int b = 2;

int temp = a;
a = b;
b = temp;

位运算实现，不占用内存

int a = 1;
int b = 2;

a ^= b;
b ^= a;
a ^= b;

状态标志管理

1、开发中有时需要处理一个对象多个状态的情况，相关操作包括移除位标志、添加位标志、检查位标志。

2、与普通实现方法相比（使用多个bool字段进行状态管理），使用位运算进行状态管理的优点有：节省内存、性能更好、更高效的网络传输。

3、枚举值必须是 2 的幂次方（即 1, 2, 4, 8, 16...），以便按位运算正确工作：

整数状态标志管理

int None = 0;       // 0000
int Read = 1;       // 0001
int Write = 2;      // 0010
int Execute = 4;    // 0100
int Delete = 8;     // 1000

int status = 0;
//添加位标志
status |= Read;
Debug.LogError(status);
status |= Write;
Debug.LogError(status);
status |= Execute;
Debug.LogError(status);
Debug.Log("---------------");
//检查标志位
Debug.LogError( (status&Read) == Read);
Debug.LogError( (status&Write) == Write);
Debug.LogError( (status&Execute) == Execute);
Debug.LogError( (status&Delete) == Delete);
Debug.Log("---------------");
//移除标志位
status &= ~Execute;
Debug.LogError( (status&Read) == Read);
Debug.LogError( (status&Write) == Write);
Debug.LogError( (status&Execute) == Execute);
Debug.LogError( (status&Delete) == Delete);

枚举状态标志管理

public enum Stauts
{
    None = 0,       // 0000
    Read = 1,       // 0001
    Write = 2,      // 0010
    Execute = 4,    // 0100
    Delete = 8      // 1000
}

var flag = Stauts.None;
//添加位标志
flag |= Stauts.Read;
Debug.LogError(flag);
flag |= Stauts.Write;
Debug.LogError(flag);
flag |= Stauts.Execute;
Debug.LogError(flag);
Debug.Log("---------------");
//检查标志位
Debug.LogError(  flag.HasFlag(Stauts.Read));
Debug.LogError( flag.HasFlag(Stauts.Write));
Debug.LogError( flag.HasFlag(Stauts.Execute));
Debug.LogError( flag.HasFlag(Stauts.Delete));
Debug.Log("---------------");
//移除标志位
flag &= ~Stauts.Execute;
Debug.LogError(  flag.HasFlag(Stauts.Read));
Debug.LogError( flag.HasFlag(Stauts.Write));
Debug.LogError( flag.HasFlag(Stauts.Execute));
Debug.LogError( flag.HasFlag(Stauts.Delete));

优缺点

位运算是直接对整数在二进制位级别进行操作的低级运算，在C#中合理使用可以带来显著优势，但也存在一些限制。

优点：

1、极高的性能

2、节省内存

缺点：

1、可读性较低

2、不好维护，调试困难

3、类型限制：仅适用整数类型，不能用于float、double、decimal等

建议

1、在使用位运算的代码处添加详细注释

2、将复杂操作逻辑进行封装

3、普通业务逻辑优先选择可读性更好的写法

 位运算如同C#中的"机械级工具"，能显著提升性能，但滥用会增加代码维护成本。建议在性能分析确认瓶颈后再使用，并做好充分的文档说明。