• 理解并掌握Python中的位运算符：异或（^）、与（&）、或（|）、反（~）、右移（>>）、无符号右移（>>>，注意Python中无原生的>>>运算符，但可通过其他方式模拟）。
• 能够通过实际案例演示位运算符的应用。

课程内容

一、引言

位运算符是对整数的二进制位进行操作的一种运算符。在Python中，这些运算符对于处理底层数据、优化算法等方面非常有用。

二、位运算符介绍

1. 异或运算符（^）
   • 定义：对两个数的二进制位进行异或操作，相同为0，不同为1。
   • 案例：交换两个数的值（不使用临时变量）

     python复制代码

     	a = 5 # 二进制 101
     	b = 3 # 二进制 011
     	a = a ^ b # a = 101 ^ 011 = 110 (6)
     	b = a ^ b # b = 110 ^ 011 = 101 (5)，此时a的值已经变成了b的原始值
     	a = a ^ b # a = 101 ^ 110 = 011 (3)，现在a和b的值已经交换
     	print(f"a={a}, b={b}") # 输出 a=3, b=5

2. 与运算符（&）
   • 定义：对两个数的二进制位进行与操作，相同为1，不同为0。
   • 案例：检查一个数是否为偶数

     python复制代码

     	num = 10 # 二进制 1010
     	if num & 1 == 0: # 检查最低位是否为0（偶数）
     	print("偶数")
     	else:
     	print("奇数")

3. 或运算符（|）
   • 定义：对两个数的二进制位进行或操作，相同或不同为1，全为0为0。
   • 案例：设置特定二进制位

     python复制代码

     	num = 5 # 二进制 101
     	num |= 4 # num = num | 4, 4的二进制是100，所以结果为101 | 100 = 101 (5，但实际上是设置了第3位)
     	print(num) # 输出 5，但注意这里并没有改变值，只是演示了操作

4. 反运算符（~）
   • 定义：对数的二进制位进行取反操作，0变1，1变0。注意Python中的结果是按补码形式返回的。
   • 案例：计算一个数的补码

     python复制代码

     	num = 6 # 二进制 0110
     	num_ = ~num # 实际上是计算了补码，结果为-7
     	print(num_) # 输出 -7

5. 右移运算符（>>）
   • 定义：将数的二进制位向右移动指定的位数，左侧用符号位填充（对于带符号整数）。
   • 案例：快速除以2的幂

     python复制代码

     	num = 8 # 二进制 1000
     	result = num >> 2 # 右移2位，相当于除以2的2次方
     	print(result) # 输出 2

6. 无符号右移运算符（>>>）
   • 注意：Python没有原生的无符号右移运算符（>>>）。但可以通过其他方式模拟，比如先将数转换为正数（如果它是负数），执行右移后，再根据情况调整结果。
   • 模拟案例：模拟无符号右移

     python复制代码

     	def unsigned_right_shift(num, bits):
     	# 转为正数处理
     	mask = (1 << bits) - 1
     	return (num & mask) >> bits
     	num = -8 # 二进制 1111 1000 (假设是8位，实际Python中int是动态长度的)
     	result = unsigned_right_shift(num, 3) # 尝试模拟无符号右移3位
     	print(result) # 输出结果将依赖于num的二进制表示和bits的值