谈谈位运算和在Android中的运用

位运算，不论是计算机底层处理编码的时候，还是我们看源码的时候都一定有概率能够看见它。某种程度来说也算是比较熟悉了吧。 个人认为，位运算某种程度上是契合了数字电路之中的逻辑运算，通过一定的逻辑关系将二进制的数据进行快速处理。 虽然本质来说，位运算就是直接操作内存中的整数进行逻辑运算。这个从代码到硬件的过程大概从代码到内存到不同的芯片之间，不同的逻辑门之间进行运算从而得到结果，再反馈给计算机本身，不过这些东西并不是重点，点到即止就是。

位运算之中的运算步骤都需要将数字转换为二进制之后才进行操作，毕竟是针对计算机内部本身的一个运算，使用二进制来进行处理也情有可原。所以说这跟逻辑电路也有那么些联系。既然是要转换为二进制来计算，那么肯定有两个数字转换为二进制之后位数不相同的情况（指人为进行计算），在这里，通常的解决方式是在位数少的那个数前面补零。

运算

要使用位运算之前，肯定是要了解下面的这些运算符号以及作用的。

• 与运算（and） & 表示，当两个相同位对应的数都是1的时候，该位获得的结果才是1，否则为0 例如说 6 & 11 ，转换为二进制就是 0110 & 1011 ，结果为 0010

• 或运算（or） | 表示，当两个相同位对应的数只要有一个数1的时候，该位获得的结果为1，否则为0 还是用6和11这两个数做例子，就是 0110 | 1011 = 1111

• 非运算（not） ~ 表示，这个运算只针对一个数字，将数字全部取反（原来是0结果就是1，原来是1结果就是0） 例如说： ~110 = 001

• 异或运算（xor） ^ 表示，当两个相同位对应的数字不同的时候为1，否则为0 例如说： 0110 ^ 1011 = 1101

• 左移（shl） << 表示， a << b 表示a左移b位，由于移位在末位多出来的未知数字补零。 在这里面可以等价为 a * 2^b 这个运算（针对十进制）。

• 右移（shr） >> 表示， a >> b 表示将a右移b位，原本的末位进行右移后会被舍弃，若有需求会在高位进行补零。 同样的，右移在十进制里面也可以近似为 a / (2^b) 的形式，不过要对结果取整，也不一定准确，只能够说意思大概如此。

针对位运算的左移右移，民间一直有一种说法，就是若对数字做对2以及二的倍数的乘法或者除法，使用位运算会比直接使用乘号或者除号的处理速度来的快。对此他们的解释一直都是以 位运算是直接对内存进行操作导致运算效率 来解释的，说乘号或者除号都是对位运算的一种包裹，当然我一直也是这么认为的，不过总觉得这种东西很微妙。未必这真的在一定程度上影响整个程序的运行效率？

还是废话不多说，直接代码验证。（这里指Java）

想法其实很简单粗暴，也就不贴代码上来了，思路就是对相同的一个数字进行相同次数（这个数足够大）的右移或者左移，记录时间差值，另外一边就是做等价的乘除法运算，记录时间差值并比较。

结果如下：（运算次数的话是999999999）

a/2,8281
a>>1,682
a*2,354
a<<1,345
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就结果来说，针对乘法和左移，两者的效率相近（运行速度差异不大） 但是就针对除法和右移来说，显然右移效率远高于除法，某种程度来说是相当微妙了。 不过并没有去了解产生这种差异的根本原因。顺便一提，假如说这个次数不大的话整体的移位和乘除法的效率是基本相似的。所以说，非必要情况还是别用位运算了，影响代码阅读体验。

在某些工作情境下，位运算是妙用，有些情况下就是影响阅读了。所以使用它的时候也要考虑情境（如果是效率高于一切的选手这句话当我没说…）

写这篇博客的初衷自然不是来探究左右移的效率的，更想谈谈的是这个东西在Android里面的运用。在看书的时候发现很多部分的源码都有位运算的成分在里面，假如说一知半解的话观看体验极差就是了，所以说写一写具体应用。

Android中的应用

在Android源码里面对于它的应用还是算是较多的，一般是用于存储多种变量，或者说是flag的存储和判断，在这里也就举几个例子。

MeasureSpec

兴许最早在Android源码里面接触位运算的话就是在自定义View部分的时候，当书里面提及 MeasureSpec 这个变量的时候采用如下描述：

MeasureSpec 代表一个32位int值，高2位代表 SpecMode ，低30位代表 SpecSize ， SpecMode 是指测量模式，而 SpecSize 是指在某种测量模式下的规格大小。（引用自《Android开发艺术探索》）

这里面就是典型的位运算的运用，不论是这个变量需要分别拆分获得 SpecMode 和 SpecSize ，还是其他的一些相关的操作，都需要位运算。

首先是 SpecMode ，在描述之中是高2位的部分，那么在处理之中一定会运用到左移或者右移来完成需求。

Talk is cheap, show me the code. :)

在这个类里面，一开始就声明了两个基本变量以及不同测量模式的值，已经用到了位运算中的左移

private static final int MODE_SHIFT = 30;
// 声明位移量
private static final int MODE_MASK  = 0x3 << MODE_SHIFT;
// 后期截取SpecMode或SpecSize时使用的变量
// 3对应的二进制是11，左移30位后，int值的前2位就都是1，后30位为0

public static final int UNSPECIFIED = 0 << MODE_SHIFT;
public static final int EXACTLY     = 1 << MODE_SHIFT;
public static final int AT_MOST     = 2 << MODE_SHIFT;
// 三种测量模式对应的值
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先看看是如何通过位运算来获取 SpecMode 和 SpecSize ：

@MeasureSpecMode
// 等价于@IntDef(value={...})。一种枚举类注释
public static int getMode(int measureSpec) {
    return (measureSpec & MODE_MASK);
    // 让低30位的值变为0，只保留高2位的值
}

public static int getSize(int measureSpec) {
    return (measureSpec & ~MODE_MASK);
    // 非运算直接让MASK值变成int值高2位为0，低30位为1
    // 进行与运算，直接将高2位的值变为0
}
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这里就是典型的通过位运算来截取对应值，利用的是 x & 1 = x, x & 0 = 0 ，其中x代表0与1两种值。 这种方式让一个变量能够存储多个内容方式实现，甚至也可以使用这样的方式将合成的值作为特定的key来做匹配或者相似需求。

接下来是如何获得 MeasureSpec 值：

public static int makeMeasureSpec(
    @IntRange(from = 0, to = (1 << MeasureSpec.MODE_SHIFT) - 1) int size,
    // 要求传入的size值在指定范围内
    @MeasureSpecMode int mode) {
            if (sUseBrokenMakeMeasureSpec) {// 是否用原来的方法对MeasureSpec进行构建
                return size + mode;
            } else {
                return (size & ~MODE_MASK) | (mode & MODE_MASK);
            }
        }
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在API17及其以下的时候，是按照 size + mode 的方式进行构建，一个是只有int前2位有值，一个是只有int后30位有值，这么思考处理也情有可原。但假若两个值有溢出情况就会严重影响 MeasureSpec 的结果。故Google官方在API17之后就对该方法进行了修正，也是采用的位运算的形式： (size & ~MODE_MASK) | (mode & MODE_MASK) 相当于就是分别获得了 SpecSize 和 SpecMode 后通过或运算获得结果。

有关Flag存储和运算

上文提到过可以通过一些操作来实现一个变量存储多个内容，而在Android源码之中在很多也确实做到了，下面就简单举个例子。

因为源码中涉及这种运算的太多了，就不具体拿源码中的某个内容举例子了，想深究的可以去看看源码…大概Flag关键字就能找到挺多相关的内容。

使用的时候需要注意，对应的标志位需要设计好，假如说有内容交叉的话就会非常影响结果。Google官方工程师为了保证这一点也是费尽心思

在这之前，得先知道位运算的运算优先级： ~ > <</>> > & > ^ > | > &=/^=/|=

• A | B 添加标志B，可以添加多个（只要不冲突） 例如： mViewFlags = SOUND_EFFECTS_ENABLED | HAPTIC_FEEDBACK_ENABLED | FOCUSABLE_AUTO;

• A & B 判断A中是否有标志B 原理就是与运算之中的 1 & 1 = 1, 0 & 1 = 0 ，以此来判断flag对应位是否存在该flag 以 (mViewFlags & FOCUSABLE_AUTO) != 0 这个判断语句为例： 若为真，则与的结果不等于0，表示flag之中有该标志

• A & ~B 去除标志B 上者的逆运算 例如： mViewFlags = (mViewFlags & ~FOCUSABLE) | newFocus 用于去除原有的标志位并附上新的标志位（相当于更新）

• A ^ B 取出A与B不同的部分，一般用于判断A是否发生改变

  int changed = mViewFlags ^ old;
  if (changed == 0) {
      return;
  }
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(mViewFlags & ENABLED_MASK) == ENABLED 类似于这种类型的原理就等同于在 MeasureSpec 中获得 SpecMode 和 SpecSize ，采取对应位直接截断的方式拿到对应值，然后跟指定flag进行比较。