谈谈位运算和在Android中的运用

时间 2019-11-21

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位运算，不管是计算机底层处理编码的时候，仍是咱们看源码的时候都必定有几率可以看见它。某种程度来讲也算是比较熟悉了吧。我的认为，位运算某种程度上是契合了数字电路之中的逻辑运算，经过必定的逻辑关系将二进制的数据进行快速处理。虽然本质来讲，位运算就是直接操做内存中的整数进行逻辑运算。这个从代码到硬件的过程大概从代码到内存到不一样的芯片之间，不一样的逻辑门之间进行运算从而获得结果，再反馈给计算机自己，不过这些东西并非重点，点到即止就是。算法

位运算之中的运算步骤都须要将数字转换为二进制以后才进行操做，毕竟是针对计算机内部自己的一个运算，使用二进制来进行处理也情有可原。因此说这跟逻辑电路也有那么些联系。既然是要转换为二进制来计算，那么确定有两个数字转换为二进制以后位数不相同的状况（指人为进行计算），在这里，一般的解决方式是在位数少的那个数前面补零。bash

运算

要使用位运算以前，确定是要了解下面的这些运算符号以及做用的。编码

与运算（and） &表示，当两个相同位对应的数都是1的时候，该位得到的结果才是1，不然为0 例如说6 & 11，转换为二进制就是0110 & 1011，结果为0010spa
或运算（or） |表示，当两个相同位对应的数只要有一个数1的时候，该位得到的结果为1，不然为0 仍是用6和11这两个数作例子，就是0110 | 1011 = 1111设计
非运算（not） ~表示，这个运算只针对一个数字，将数字所有取反（原来是0结果就是1，原来是1结果就是0）例如说：~110 = 001code
异或运算（xor） ^表示，当两个相同位对应的数字不一样的时候为1，不然为0 例如说：0110 ^ 1011 = 1101cdn
左移（shl） <<表示，a << b表示a左移b位，因为移位在末位多出来的未知数字补零。在这里面能够等价为a * 2^b这个运算（针对十进制）。blog
右移（shr） >>表示，a >> b表示将a右移b位，本来的末位进行右移后会被舍弃，如有需求会在高位进行补零。一样的，右移在十进制里面也能够近似为a / (2^b)的形式，不过要对结果取整，也不必定准确，只可以说意思大概如此。内存

针对位运算的左移右移，民间一直有一种说法，就是若对数字作对2以及二的倍数的乘法或者除法，使用位运算会比直接使用乘号或者除号的处理速度来的快。对此他们的解释一直都是以位运算是直接对内存进行操做致使运算效率来解释的，说乘号或者除号都是对位运算的一种包裹，固然我一直也是这么认为的，不过总以为这种东西很微妙。未必这真的在必定程度上影响整个程序的运行效率？开发

仍是废话很少说，直接代码验证。（这里指Java）

想法其实很简单粗暴，也就不贴代码上来了，思路就是对相同的一个数字进行相同次数（这个数足够大）的右移或者左移，记录时间差值，另一边就是作等价的乘除法运算，记录时间差值并比较。

结果以下：（运算次数的话是999999999）

a/2,8281
a>>1,682
a*2,354
a<<1,345
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就结果来讲，针对乘法和左移，二者的效率相近（运行速度差别不大）可是就针对除法和右移来讲，显然右移效率远高于除法，某种程度来讲是至关微妙了。不过并无去了解产生这种差别的根本缘由。顺便一提，假如说这个次数不大的话总体的移位和乘除法的效率是基本类似的。因此说，非必要状况仍是别用位运算了，影响代码阅读体验。

在某些工做情境下，位运算是妙用，有些状况下就是影响阅读了。因此使用它的时候也要考虑情境（若是是效率高于一切的选手这句话当我没说…）

写这篇博客的初衷天然不是来探究左右移的效率的，更想谈谈的是这个东西在Android里面的运用。在看书的时候发现不少部分的源码都有位运算的成分在里面，假如说只知其一;不知其二的话观看体验极差就是了，因此说写一写具体应用。

Android中的应用

在Android源码里面对于它的应用仍是算是较多的，通常是用于存储多种变量，或者说是flag的存储和判断，在这里也就举几个例子。

`MeasureSpec`

兴许最先在Android源码里面接触位运算的话就是在自定义View部分的时候，当书里面说起MeasureSpec这个变量的时候采用以下描述：

MeasureSpec表明一个32位int值，高2位表明SpecMode，低30位表明SpecSize，SpecMode是指测量模式，而SpecSize是指在某种测量模式下的规格大小。（引用自《Android开发艺术探索》）

这里面就是典型的位运算的运用，不管是这个变量须要分别拆分得到SpecMode和SpecSize，仍是其余的一些相关的操做，都须要位运算。

首先是SpecMode，在描述之中是高2位的部分，那么在处理之中必定会运用到左移或者右移来完成需求。

Talk is cheap, show me the code. :)

在这个类里面，一开始就声明了两个基本变量以及不一样测量模式的值，已经用到了位运算中的左移

private static final int MODE_SHIFT = 30;
// 声明位移量
private static final int MODE_MASK  = 0x3 << MODE_SHIFT;
// 后期截取SpecMode或SpecSize时使用的变量
// 3对应的二进制是11，左移30位后，int值的前2位就都是1，后30位为0

public static final int UNSPECIFIED = 0 << MODE_SHIFT;
public static final int EXACTLY     = 1 << MODE_SHIFT;
public static final int AT_MOST     = 2 << MODE_SHIFT;
// 三种测量模式对应的值
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先看看是如何经过位运算来获取SpecMode和SpecSize：

@MeasureSpecMode
// 等价于@IntDef(value={...})。一种枚举类注释
public static int getMode(int measureSpec) {
    return (measureSpec & MODE_MASK);
    // 让低30位的值变为0，只保留高2位的值
}

public static int getSize(int measureSpec) {
    return (measureSpec & ~MODE_MASK);
    // 非运算直接让MASK值变成int值高2位为0，低30位为1
    // 进行与运算，直接将高2位的值变为0
}
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这里就是典型的经过位运算来截取对应值，利用的是x & 1 = x, x & 0 = 0，其中x表明0与1两种值。这种方式让一个变量可以存储多个内容方式实现，甚至也可使用这样的方式将合成的值做为特定的key来作匹配或者类似需求。

接下来是如何得到MeasureSpec值：

public static int makeMeasureSpec( @IntRange(from = 0, to = (1 << MeasureSpec.MODE_SHIFT) - 1) int size, // 要求传入的size值在指定范围内 @MeasureSpecMode int mode) {
            if (sUseBrokenMakeMeasureSpec) {// 是否用原来的方法对MeasureSpec进行构建
                return size + mode;
            } else {
                return (size & ~MODE_MASK) | (mode & MODE_MASK);
            }
        }
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在API17及其如下的时候，是按照size + mode的方式进行构建，一个是只有int前2位有值，一个是只有int后30位有值，这么思考处理也情有可原。但倘若两个值有溢出状况就会严重影响MeasureSpec的结果。故Google官方在API17以后就对该方法进行了修正，也是采用的位运算的形式： (size & ~MODE_MASK) | (mode & MODE_MASK) 至关于就是分别得到了SpecSize和SpecMode后经过或运算得到结果。

有关Flag存储和运算

上文提到过能够经过一些操做来实现一个变量存储多个内容，而在Android源码之中在不少也确实作到了，下面就简单举个例子。

由于源码中涉及这种运算的太多了，就不具体拿源码中的某个内容举例子了，想深究的能够去看看源码…大概Flag关键字就能找到挺多相关的内容。

使用的时候须要注意，对应的标志位须要设计好，假如说有内容交叉的话就会很是影响结果。Google官方工程师为了保证这一点也是费尽心思

在这以前，得先知道位运算的运算优先级： ~><</>>>&>^>|>&=/^=/|=

A | B 添加标志B，能够添加多个（只要不冲突）例如：mViewFlags = SOUND_EFFECTS_ENABLED | HAPTIC_FEEDBACK_ENABLED | FOCUSABLE_AUTO;
A & B 判断A中是否有标志B 原理就是与运算之中的1 & 1 = 1, 0 & 1 = 0，以此来判断flag对应位是否存在该flag 以(mViewFlags & FOCUSABLE_AUTO) != 0这个判断语句为例：若为真，则与的结果不等于0，表示flag之中有该标志
A & ~B 去除标志B 上者的逆运算例如：mViewFlags = (mViewFlags & ~FOCUSABLE) | newFocus用于去除原有的标志位并附上新的标志位（至关于更新）

A ^ B 取出A与B不一样的部分，通常用于判断A是否发生改变

int changed = mViewFlags ^ old;
if (changed == 0) {
    return;
}
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(mViewFlags & ENABLED_MASK) == ENABLED相似于这种类型的原理就等同于在MeasureSpec中得到SpecMode和SpecSize，采起对应位直接截断的方式拿到对应值，而后跟指定flag进行比较。

总结

虽说位运算经常使用于算法里面，不过在开发过程之中的某些需求之下仍是能够巧用位运算获得高效率。可是不要滥用，毕竟影响观感。

由于本人算接触Android方面以及相关内容不久，有些言论可能会有错误或误差。如有疑问或者是有地方有误须要指正，欢迎下方留言讨论