Python按位运算详解

位运算符属于更细微的操作，它是针对每个字节中的每个位（bit）进行操作的

运算符	描述
&	按位“与”
\|	按位“或”
^	按位“异或”
~	按位“取反”
<<	按位左移
>>	按位右移

位运算符在网络通信、硬件驱动领域应用得比较广泛。在编写应用层程序时，用“位”来存储取值范围小的整型变量，可以一定程度地节省内存空间。

下面通过一段程序来演示“位运算符”的使用。示例如下，定义两个变量，分别按照表中的运算符对其运算，观察运算结果。

定义两个变量 a 和 b，其中 a 的值为 1，b 的值为 3，按照表中的赋值运算符，对其进行“与”“或”“异或”等操作。代码如下：

a=1  # 01
b=3  # 101           
print(a&b)   #结果为 001
print(a|b)   #结果为 
print(a^b)
print(a<<b)
print(a>>b)

输出结果：

上面的代码每行后面都配有该代码输出的结果。读者可以对比代码和输出结果体会每个操作符的含义.

代码解析

1) 按位 &

按位与运算按位与运算符“&”是双目运算符。其功能是参与运算的两数各对应的二进位相与。只要对应的二个二进位都为 1 时，结果位就为 1，否则为 0。法则如下：

1&1=1
1&0=0
0&1=0
0&0=0

上述代码中 1 的二进制是 01；3 的二进制数是 101 按照上述运算法则，结果为 01，因此结果为 1

2) 按位 |

按位或运算按位或运算符“|”是双目运算符。其功能是参与运算的两数各对应的二进位相或。只要对应的二个二进位有一个为1时，结果位就为1。

1|1=1
1|0=1
0|1=1
0|0=0

上述代码中 1 的二进制是 01；3 的二进制数是 101 按照上述运算法则计算，结果为 01，因此结果为 3

3) 按位异或

进行异或运算时，当前位的两个二进制表示不同则为 1 相同则为0。

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

上述代码中 1 的二进制是 01；3 的二进制数是 101 按照上述运算法则计算，结果为 01，因此结果为 2

4) 按位取反

进行按位取反时，就是把操作数的二进制每一位都取反，比如 1 的八位二进制数表示为 0000,0001 取反的结果为 11111110，最高为为符号位（即表示正负，最高位为 1 表示负数，0 表示正数）。

负数在计算机中是以补码的形式存在的，补码 = 反码 + 1，即 1111 1111，这就是 -1 在计算机中存在形式。

为什么是 8位表示二进制数？
拓展：八位（8bit）是一个字节，计算机中只要一个字节就可以存放ASCII编码，就是所有的数字、大小写字母和一些特殊字符（总共255个）。所以在计算机中对用户来说有意义的单位就是字节，这是我们可以看懂的。八位的二进制数最大值就是255，刚好表示255个ASCII字符。我们汉字使用的是unicode编码的，unicode编码要用两个字节，所以要存放16位二进制数才能代表一个unicode字符。另外还有UTF8编码占四个字节等等。