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c語言中用位運算實現(xiàn)加法技巧介紹

 更新時間:2012年11月24日 15:10:03   作者:  
用位運算實現(xiàn)加法也就是計算機用二進制進行運算,32位的CPU只能表示32位內(nèi)的數(shù),這里先用1位數(shù)的加法來進行,需要的朋友可以參考下

用位運算實現(xiàn)加法也就是計算機用二進制進行運算,32位的CPU只能表示32位內(nèi)的數(shù),這里先用1位數(shù)的加法來進行,在不考慮進位的基礎(chǔ)上,如下

復(fù)制代碼 代碼如下:

1 + 1 = 0
1 + 0 = 1
0 + 1 = 1
0 + 0 = 0

很明顯這幾個表達式可以用位運算的“^”來代替,如下
復(fù)制代碼 代碼如下:

1 ^ 1 = 0
1 ^ 0 = 1
0 ^ 1 = 1
0 ^ 0 = 0

這樣我們就完成了簡單的一位數(shù)加法,那么要進行二位的加法,這個方法可行不可行呢?肯定是不行的,矛盾就在于,如何去
獲取進位?要獲取進位我們可以如下思考:
復(fù)制代碼 代碼如下:

0 + 0 = 0
1 + 0 = 0
0 + 1 = 0
1 + 1 = 1

//換個角度看就是這樣
復(fù)制代碼 代碼如下:

0 & 0 = 不進位
1 & 0 = 不進位
0 & 1 = 不進位
1 & 1 = 進位

正好,在位運算中,我們用“<<”表示向左移動一位,也就是“進位”。那么我們就可以得到如下的表達式
復(fù)制代碼 代碼如下:

//進位可以用如下表示:
(x&y)<<1

到這里,我們基本上擁有了這樣兩個表達式
復(fù)制代碼 代碼如下:

x^y //執(zhí)行加法
(x&y)<<1 //進位操作

我們來做個2位數(shù)的加法,在不考慮進位的情況下
復(fù)制代碼 代碼如下:

11+01 = 100 // 本來的算法
// 用推算的表達式計算
11 ^ 01 = 10
(11 & 01) << 1 = 10
//到這里 我們用普通的加法去運算這兩個數(shù)的時候就可以得到 10 + 10 = 100
//但是我們不需要加法,所以要想別的方法,如果讓兩個數(shù)再按剛才的算法計算一次呢
10 ^ 10 = 00
(10 & 10) << 1 = 100

到這里基本上就得出結(jié)論了,其實后面的那個 “00” 已經(jīng)不用再去計算了,因為第一個表達式就已經(jīng)算出了結(jié)果。
繼續(xù)推理可以得出三位數(shù)的加法只需重復(fù)的計算三次得到第一個表達式的值就是計算出來的結(jié)果。
c代碼如下:
復(fù)制代碼 代碼如下:

int Add(int a,int b)
{
int jw=a&b;
int jg=a^b;
while(jw)
{
int t_a=jg;
int t_b=jw<<1;
jw=t_a&t_b;
jg=t_a^t_b;
}
return jg;
}

計算機本質(zhì)是二進制運算,許多高人和天書都展示了如何用位運算來實現(xiàn)讓人糾結(jié)卻又驚奇的事情。在豆瓣上看到一篇日志描述如何用位運算實現(xiàn)乘法,其實問題解決的關(guān)鍵是如何用位運算實現(xiàn)加法。覺得原文敘述不夠精確,現(xiàn)總結(jié)如下。
定理1:設(shè)a,b為兩個二進制數(shù),則a+b = a^b + (a&b)<<1。
證明:a^b是不考慮進位時加法結(jié)果。當(dāng)二進制位同時為1時,才有進位,因此 (a&b)<<1是進位產(chǎn)生的值,稱為進位補償。將兩者相加便是完整加法結(jié)果。
定理2:使用定理1可以實現(xiàn)只用位運算進行加法運算。
證明:利用定理1中的等式不停對自身進行迭代。每迭代一次,進位補償右邊就多一位0,因此最多需要加數(shù)二進制位長度次迭代,進位補償就變?yōu)?,這時運算結(jié)束。

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