【优雅代码】05-从hashMap源码介绍位运算符

【优雅代码】05-从hashMap源码介绍位运算符

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  • 视频讲解

1.背景介绍

在看源码的时候往往会被位运算符劝退,但其实位运算符虽然难,但是用的时候使用规律/公式的。笔者以hashMap为例介绍位运算符

2.算数运算符

2.1.单目

  • 负号运算符(-):就是负数
  • 自增(++):++i表示先自己加1再赋值
  • 自减(--):--i表示先自己先减1再赋值

2.2.双目

在A,B,n>0时,B为2^n可以使用其他操作符,但不要为了用而用,让代码变得难懂,除非做底层,否则不建议业务代码使用

  • 加(+):四则运算加
  • 减(-):四则运算减
  • 乘(*):可用A << n,四则运算乘
  • 除(/):A >> n,四则运算除
  • 取余(%):A&(B-1)---->该方法只对2的N次方数系有效

2.3.三目

  • a>b?true:false

3.关系运算符

  • 等于符号(==):等于
  • 不等于符号(!=):不等于
  • 大于符号(>):大于
  • 小于符号(<):小于
  • 大于等于符号(>=):大于等于
  • 小于等于符号(<=):小于等于

4.位与逻辑

4.1.位运算符

  • 或(|):逐位比较两个操作数中只要有1个为1,结果为1,否则结果为0,得出最终结果
    示例如下:x=(x<<1)|y其中x为位运算压缩空间的数值,左移一位方便将y值压入,因为只移了一位所以y只能为1或0,即x左移位数应于y的位数一致。此时因为y值前面都是0所以均取x原先值,到了y值得位置时反过来此时x该位置都补了0所以都取y的值,以此形成状态压缩
  • 与(&):逐位比较两个操作数,两位同时为1,结果才为1,否则结果为0,得出最终结果。通常会用于高位清零的操作-> a&1 = 0 偶数
    x&(x-1)=0
  • 非(~):逐位自己的运算符,0则为1,1则为0,得出最终结果。
    ~x=-x-1
  • 异或(^):逐位比较两个操作数,相同即为0,不同则为1。亦可称之为无进位相加。以动态规划算法,可以迅速判断是否仅仅是进行了交换,或者从偶数项里面找到唯一的奇数项等
    (1)x^x=0
    (2)xy=yx(交换律)
    (3)(xy)z=x(yz)(结合律)
    (4)xyy=x(自反性)->异或0就等于自己
    (5)4k(4k+1)(4k+2)^(4k+3)=0
    使用如下,有ab两个数:
    a=a^b
    b=b^a
    a=a^b
    则a和b的数字进行了交换。使用时注意内存地址需要不一样。
    eor&(~eor+1)提取 的1,即某一位为1,左右两侧均为0
  • 二进制状态压缩
    |操作|运算|
    |--|--|
    |取出 n 的第 k 位|( n >> k ) & 1|
    |取出 n 的后 k 位( 0 ~ k-1 位)| n& ( ( 1 << k ) - 1 )|
    |将第 k 位变为 1,赋值到 n | n|= ( 1 << k ) |
    |将第 k 位变为 0,赋值到 n | n&= ( ~ ( 1 << k ) ) |
    |找到最右侧的1 | N&((~N)+1) |

4.2.逻辑运算符

  • 与(&&):数学上的交集
  • 非(!):取反
  • 或(||):数学上的并集

5.赋值

  • 等于(=):将运算结果或者内存地址给到符号引用
  • 加等于(+=)、减等于(-=)、乘等于(*=)、除等于(/=)、取余等于(%=):基本无应用场景、与等于(&=):基本无应用场景、异或等于(^=)、或等于(|=):基本无应用场景、左移等于(<< =):基本无应用场景、右移等于(>> =)

6.位移

  • 带符号左移<<: x<y)--->此处的代表次方不是异或
  • 带符号右移>>: x>>y 相当于x/(2y)--->此处的代表次方不是异或
  • 无符号左移<<<
  • 无符号右移>>>

7.二进制规律

A为任意数,B为2{n},C为2{n+1}

  1. A/(2^{n})=A>>n
  2. A%B=A&(B-1)。取余的简写。原理如下,因为除以就是因为除以2^{n}就是右移n,即低位舍去,那么取余就是保留低位,高位舍去。而B-1就是低位1高位0。
  3. A%B=x,则A%C=x,或者A%C=x+B。====>如果A对C取余要么等于A对B取余,要么等于x+B。举例17%2==17%4==17%8==17%16==1==(17%32-16+1)。此处x=1。
  4. A%B=x,如果A&B=0,则A%C=x否则A%C=x+B。

8.编者注

以上个人认为比较重要的有如下

  1. 取余的变种按位与,即6.2
// 该段就是对hashMap的数组取余
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
  1. 延伸规则,直接案例也是hashMap的高低位桶
// hashMap的获取hash值即原始值的哈希异或右移16次(高位变低位),相互异或让结果变得更加随机
static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
// hashMap扩容代码片段,因为扩容是2倍,如果此时长度是2^{n},扩容后就是2^{n+1},根据6.3可知扩容后要么是原先位置要么是原先位置加2^{n}原先数组长度
// 循环分配片段,根据6.4可知如果A&B=0那么就分配在低位否则分配在高位
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
    if (loTail == null)
        loHead = e;
    else
        loTail.next = e;
    loTail = e;
}
else {
    if (hiTail == null)
        hiHead = e;
    else
        hiTail.next = e;
    hiTail = e;
}

// 链表赋值给新数组片段,可知lo是旧位置,hi是新位置,和之前推论一致
if (loTail != null) {
    loTail.next = null;
    newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
    hiTail.next = null;
    newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
  1. 位移符,一些coder喜欢秀操作会经常用,参考用例还是hashMap的默认容量
/**
 * Returns a power of two size for the given target capacity.
 */
 // 1+2+4+8+16 = 31覆盖全部32位,因为任何数最高位必然是1,右移1位再|运算自己就会导致第2位变成1。依次类推就会变成低位全是1的数+1变成2^n
static final int tableSizeFor(int cap) {
    int n = cap - 1;
    n |= n >>> 1;
    n |= n >>> 2;
    n |= n >>> 4;
    n |= n >>> 8;
    n |= n >>> 16;
    return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}
  1. 位运算符的常见规律,特别是状态压缩和二进制。算法中会遇到

9.位的基础知识

正数的原码,补码,反码都是一样的
负数的原码开头高为1其余一致,反码除开头不变其它取反,补码为反码的基础上加1
计算为补码相加

左移<<,左移1位则最左边的数丢弃,右边进一位0刚好是乘以2
正数右移则为补0
负数右移则为先转为补码高位补1,再得到源码

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