Python整數類型的按位運算有哪些

# Python整數類型的按位運算有哪些

按位運算（Bitwise Operations）是直接對整數在內存中的二進制位進行操作的技術。Python提供了完整的按位運算符，適用于所有整數類型（包括負數的補碼形式）。這些運算在底層開發、加密算法、網絡協議等領域有廣泛應用。

## 一、Python支持的按位運算符

### 1. 按位與（AND）`&`
```python
a = 0b1100  # 12
b = 0b1010  # 10
print(bin(a & b))  # 輸出: 0b1000 (8)

• 規則：對應位都為1時結果為1，否則為0
• 典型應用：掩碼操作、清零特定位

2. 按位或（OR）|

print(bin(a | b))  # 輸出: 0b1110 (14)

• 規則：對應位有任意一個為1時結果為1
• 典型應用：設置特定位為1

3. 按位異或（XOR）^

print(bin(a ^ b))  # 輸出: 0b0110 (6)

• 規則：對應位不同時結果為1
• 典型應用：交換變量值、簡單加密

4. 按位取反（NOT）~

print(bin(~a), ~a)  # 輸出: '-0b1101' -13

• 規則：所有位取反（注意Python使用補碼表示負數）
• 特性：~x = -x - 1

5. 左移位<<

print(bin(a << 2))  # 輸出: 0b110000 (48)

• 規則：所有位向左移動，右側補0
• 等效于：乘以2^n（需考慮溢出）

6. 右移位>>

print(bin(a >> 2))  # 輸出: 0b11 (3)

• 規則：所有位向右移動，左側補符號位（算術右移）
• 等效于：除以2^n（向下取整）

二、特殊注意事項

1. 負數處理：

   print(~-5)  # 輸出4，因為~-x = x-1
   

2. 移位運算邊界：

   • 左移位數超過類型寬度時，Python會自動擴展
   • 右移負數時保持符號位不變

3. 大整數支持： Python的整數無大小限制，運算時會自動處理

三、實際應用案例

1. 快速乘除

x = 32
print(x << 3)  # 等效于 x*8 = 256
print(x >> 2)  # 等效于 x//4 = 8

2. 權限控制

READ = 0b001
WRITE = 0b010
EXEC = 0b100

permission = READ | WRITE
print(permission & READ)  # 檢查讀權限

3. 顏色處理（RGB）

red = 0xFF0000
green = 0x00FF00
blue = 0x0000FF

purple = red | blue

四、與邏輯運算符的區別

五、性能特點

1. 按位運算通常比算術運算更快
2. 在CPython中，小整數（-5到256）有緩存優化
3. 大整數運算會涉及內存分配

掌握這些按位運算技巧，可以讓你在Python中實現更底層的操作和性能優化。建議在實際項目中多嘗試這些運算，特別是在處理二進制數據或需要位級控制時。 “`