JavaScript位操作符
位操作符用于在最基本的层次上,即按内存中表示数值的位来操作数值。ECMAScript 中的所有数值都以 IEEE-754 64 位格式存储,但位操作符并不直接操作 64 位的值。而是先将 64 位的值转换成 32 位的整数,然后执行操作,最后再将结果转换回 64 位。对于开发人员来说,由于 64 位存储格式是透明的,因此整个过程就像是只存在 32 位的整数一样。
对于有符号的整数,32 位中的前 31 位用于表示整数的值。第 32 位用于表示数值的符号:0 表示正数,1 表示负数。这个表示符号的位叫做符号位,符号位的值决定了其他位数值的格式。其中,正数以纯二进制格式存储,31 位中的每一位都表示 2 的幂。第一位(叫做位 0)表示 20,第二位表示 21
,以此类推。没有用到的位以 0 填充,即忽略不计。例如,数值 18 的二进制表示是00000000000000000000000000010010,或者更简洁的 10010。这是 5 个有效位,这 5 位本身就决定了实际的值(如图)
负数同样以二进制码存储,但使用的格式是二进制补码。计算一个数值的二进制补码,需要经过下列 3 个步骤:
(1) 求这个数值绝对值的二进制码(例如,要求?18 的二进制补码,先求 18 的二进制码);
(2) 求二进制反码,即将 0 替换为 1,将 1 替换为 0;
(3) 得到的二进制反码加 1。
要根据这 3 个步骤求得-18 的二进制码,首先就要求得 18 的二进制码,即:
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0010
然后,求其二进制反码,即 0 和 1 互换:
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 1101
最后,二进制反码加 1:
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 1101
1
------------------------------------------------------
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 1110
这样,就求得了-18 的二进制表示,即 11111111111111111111111111101110。要注意的是,在处理有
符号整数时,是不能访问位 31 的。
在 ECMAScript 中,当对数值应用位操作符时,后台会发生如下转换过程:64 位的数值被转换成 32位数值,然后执行位操作,最后再将 32 位的结果转换回 64 位数值。这样,表面上看起来就好像是在操作 32 位数值,就跟在其他语言中以类似方式执行二进制操作一样。但这个转换过程也导致了一个严重的副效应,即在对特殊的 NaN 和 Infinity 值应用位操作时,这两个值都会被当成 0 来处理。如果对非数值应用位操作符,会先使用 Number()函数将该值转换为一个数值(自动完成),然后再应用位操作。得到的结果将是一个数值。下面列出JavaScript中的几个位操作符
一、按位非( ~ )
按位非操作的本质:操作数的负值减 1。
var num1 = 25; // 二进制 00000000000000000000000000011001
var num2 = ~num1; // 二进制 11111111111111111111111111100110
console.log(num2); // -26
var num1 = 25;
var num2 = -num1 - 1;
console.log(num2); // -26
虽然以上代码也能返回同样的结果,但由于按位非是在数值表示的最底层执行操作,因此速度更快。
二、按位与( & )
按位与操作只在两个数值的对应位都是 1 时才返回 1,任何一位是 0,结果都是 0
var result = 25 & 3;
console.log(result); //1
25 和 3 的二进制码对应位上只有一位同时是 1,而其他位的结果自然都是 0,因此最终结果等于 1。
三、按位或( | )
按位或操作在有一个位是 1 的情况下就返回 1,而只有在两个位都是 0 的情况下才返回 0。
var result = 25 | 3;
console.log(result); //27
这两个数值的都包含 4 个 1,因此可以把每个 1 直接放到结果中。二进制码 11011 等于十进制值 27。
四、按位异或( ^ )
按位异或与按位或的不同之处在于,这个操作在两个数值对应位上只有一个 1 时才返回 1,如果对应的两位都是 1 或都是 0,则返回 0。
var result = 25 ^ 3;
console.log(result); //26
这两个数值都包含 4 个 1,但第一位上则都是 1,因此结果的第一位变成了 0。而其他位上的 1 在另一个数值中都没有对应的 1,可以直接放到结果中。二进制码 11010 等于十进制值 26(注意这个结果比执行按位或时小 1)。
五、左移( << )
此操作符会将数值的所有位向左移动指定的位数。
var oldValue = 2; // 等于二进制的 10
var newValue = oldValue << 5; // 等于二进制的 1000000,十进制的 64
在向左移位后,原数值的右侧多出了 5 个空位。左移操作会以 0 来填充这些空位,以便得到的结果是一个完整的 32 位二进制数,左移不会影响操作数的符号位。换句话说,如果将?2 向左移动 5 位,结果将是-64,而非 64。
六、有符号右移( >> )
这个操作符会将数值向右移动,但保留符号位(即正负号标记)。有符号的右移操作与左移操作恰好相反
var oldValue = 64; // 等于二进制的 1000000
var newValue = oldValue >> 5; // 等于二进制的 10 ,即十进制的 2
同样,在移位过程中,原数值中也会出现空位。只不过这次的空位出现在原数值的左侧、符号位的右侧。而此时 ECMAScript 会用符号位的值来填充所有空位,以便得到一个完整的值。
七、无符号右移( >>> )
这个操作符会将数值的所有 32 位都向右移动。对正数来说,无符号右移的结果与有符号右移相同;但是对负数来说,情况就不一样了。首先,无符号右移是以 0 来填充空位,而不是像有符号右移那样以符号位的值来填充空位。所以,对正数的无符号右移与有符号右移结果相同,但对负数的结果就不一样了。其次,无符号右移操作符会把负数的二进制码当成正数的二进制码。而且,由于负数以其绝对值的二进制补码形式表示,因此就会导致无符号右移后的结果非常之大
var oldValue = -64; // 等于二进制的 11111111111111111111111111000000
var newValue = oldValue >>> 5; // 等于十进制的 134217726
当对-64 执行无符号右移 5 位的操作后,得到的结果是 134217726。之所以结果如此之大,是因为无符号右移操作会把这个数的二进制码当成正数的二进制码,换算成十进制就是 4294967232。如果把这个值右移 5 位,结果就变成了00000111111111111111111111111110,即十进制的 134217726。
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