C#位運算實際做用之操做整型某一位

1.前言

前幾天寫了兩篇關於c#位運算的文章
c#位運算基本概念與計算過程
C#位運算實際運用
在文中也提到了位運算的實際做用之一就是合併整型，當時引用了一個問題：
C# 用兩個short，一個int32拼成一個long型，高16位用short，中間32位用int，最低16位用另一個short。
答案以下：
高16位shortA、中間32位intA、低16位shortB

longResult=((long)shortA << 48 )+ ((long)intA << 16)+ shortB

根據longResult獲取前16位shortA，中間32位intA，後16位shortB

shortA=(short)(longResult>>48)
    intA=(int)((longResult>>16)&0xFFFFFFFF)
    shortB=(short)(longResult&0xFFFF)

評論者pushouli、czd890 評論到，合併這個long類型的結果是使用加法計算，可使用位邏輯或運算，想了想確實使用| 位邏輯或運算也是能夠解決問題的，可以實現相互轉換。

1樓 2019-04-30 07:28 pushouli 簡單明瞭，但感受合併那裏，不該該用加法去算，用|運算符更合適。

11樓 2019-04-30 18:10 czd890

@ pushouli 用+ 和 | 在這裏性能上應該沒有太大區別。 可是感受用 | 更能表達意思一些

longResult=(((long)shortA << 48) |((long)intA << 16)) | (long)shortB

1|0=一、1|1=一、0|0=0

其計算結果longResult是同樣的，運算方式不同，其計算過程能夠看看前面寫的一篇
C#位運算實際運用
如圖：

這篇文章就將記錄兩個知識點：
1.負數的二進制位表示法
2.位運算如何直接操做Int類型某一位

2.負數的二進制位表示法

原碼：一個整數按照絕對值的大小轉換成的二進制數，稱爲原碼
一個short 16位的整數9的原碼是：

0000    0000    0000    1001

反碼：一個二進制數按位取反，所得的二進制數成爲原二進制數的反碼
取9的二進制數的反碼，可使用位邏輯非運算 ~
取反後的16位二進制

1111    1111    1111    0110

補碼：反碼加1稱爲補碼，簡而言之，要獲得一個屬的補碼，先獲得這個數的反碼，而後再將反碼加上1，所得數稱爲補碼
那麼9的補碼也就是

1111    1111    1111    0110

加上1的結果，以下：

1111    1111    1111    0111

即-9的16位二進制表示是

1111    1111    1111    0111

如圖：

3.c#Int有符號的和無符號的區別

話很少說，直接明確三點結論：
1.實際開發中，都用的是有符號的Int（應該默認強制要求），只有整型有有無符號的特徵，Double、Decimal，是沒有這種特徵的。
2.無符號數中，全部的位都用於直接表示該值的大小。
3.有符號數中，最高位用於表示正負。
這裏仍是簡單地囉嗦幾句關於有符號和無符號的區別，UInt32和Int32的區別
這裏說的Int指的是32位有符號的類型
Int32的值範圍是 -2147483648 至2147483647，也就是
-2的31次方到2的31次方-1
符號位表示的意義就在於此，最前面的位表示正負。

-2148483648的32位二進制是：

1000    0000    0000    0000    0000    0000    0000    0000

2147483647的32位二進制是：

0111    1111    1111    1111    1111    1111    1111    1111

那麼c#中UInt32的最大值是什麼呢？
UInt32的範圍是0到2的32次方4294967295，最大值32位二進制是

1111    1111    1111    1111    1111    1111    1111    1111

因此得出結論無符號只能表示正數，有符號能夠表示正負數。
如圖：

4.c#Int如何直接操做每一位

前面已經說到，Int表示的是有符號的，最高位表示的正負，一個Int有32位，雖然咱們能夠直接操做這32位，可是若是直接操做明顯會改變數據類型的正負、最大範圍。
這裏寫了一個泛型的示例，操做整型（int、short、long）的每一位。

/// <summary>
        /// Int16\Int32\Int64類型
        /// </summary>
        /// <returns>true 1\false 0的集合</returns>
        public static IEnumerable<bool> GetIntOfBitList<T>(T  intVal)
        {
            Type intType = intVal.GetType();
            byte bitlength = 0;
            if (intType == typeof(Int32))
                bitlength = 32;
            else if (intType == typeof(Int16))
                bitlength = 16;
            else if (intType == typeof(Int64))
                bitlength = 64;
            else
                throw new ArgumentException("必須是整型");

            object intOject = (object)intVal;
            var resultList = new List<bool>(bitlength);
            for (var i = 0; i < bitlength; i++)
            {
                var temoIntBit = 1 << i;
                if (intType == typeof(Int32))
                    resultList.Add((((Int32)intOject) & temoIntBit) == temoIntBit);
                if (intType == typeof(Int16))
                    resultList.Add((((Int16)intOject) & temoIntBit) == temoIntBit);
                if (intType == typeof(Int64))
                    resultList.Add((((Int64)intOject) & temoIntBit) == temoIntBit);
            }
            return resultList;
        }
        /// <summary>
        /// 獲取T整型中某一位的值
        /// </summary>
        /// <typeparam name="T">泛型類型包括int\short\long</typeparam>
        /// <param name="intVal">int\short\long</param>
        /// <param name="index">從右到左0-T的總位數</param>
        /// <returns>true:1\false:0</returns>
        public static bool GetBitValue<T>(T  intVal,byte index)
        {
            Type intType = intVal.GetType();
            byte bitlength = 0;
            if (intType == typeof(Int32))
                bitlength = 32;
            else if (intType == typeof(Int16))
                bitlength = 16;
            else if (intType == typeof(Int64))
                bitlength = 64;
            else
                throw new ArgumentException("必須是整型");

            if (index > bitlength-1 || index < 1)
                throw new ArgumentOutOfRangeException("index");

            object intOject = (object)intVal;
            var tempBit = 1 << index;

            if (intType == typeof(Int32))
                return (((int)intOject) & tempBit) == tempBit;
            else if (intType == typeof(Int16))
                return (((Int16)intOject) & tempBit) == tempBit;
            else
                return (((Int64)intOject) & tempBit) == tempBit;
        }
        /// <summary>
        /// 設置整型數據中某一位的值
        /// </summary>
        /// <typeparam name="T">int\short\long</typeparam>
        /// <param name="intVal">設置前的值</param>
        /// <param name="index">從右到左0-T的總位數</param>
        /// <param name="bitValue">須要設置的值 true:1\false:0</param>
        /// <returns>設置位值後新的整型</returns>
        public static T SetBitValue<T>(T intVal,byte index,bool bitValue)
        {
            Type intType = intVal.GetType();
            byte bitlength = 0;
            if (intType == typeof(Int32))
                bitlength = 32;
            else if (intType == typeof(Int16))
                bitlength = 16;
            else if (intType == typeof(Int64))
                bitlength = 64;
            else
                throw new ArgumentException("必須是整型");
            //不能去設置最高位
            if (index >= bitlength-1 || index < 1)
                throw new ArgumentOutOfRangeException("index");

            object intOject = (object)intVal;
            var tempBit = 1 << index;

            if (intType == typeof(Int32))
            {
                int tempInt = (int)intOject;
                return (T)((bitValue ? (tempInt | tempBit) : (tempInt & ~tempBit)) as Object);
            }
            else if (intType == typeof(Int16))
            {
                Int16 tempInt = (Int16)intOject;
                return (T)((bitValue ? (tempInt | tempBit) : (tempInt & ~tempBit)) as Object);
            }
            else
            {
                Int64 tempInt = (Int64)intOject;
                return (T)((bitValue ? (tempInt | tempBit) : (tempInt & ~tempBit)) as Object);
            }
        }

測試截圖：
思考：這個方法能操做負數嗎？