详解Python位运算:(剑指offer)写一个函数,求两个整数之和,要求在函数体内不得使用+、-、*、/四则运算符号。

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刚步入编程不久,还没有什么东西。

找了很多答案发现都是错的,题目明说不能用加减乘除,有的答案却明目张胆的用了减法。找到的大都是这样的答案

# -*- coding:utf-8 -*-
class Solution:
    def Add(self, num1, num2):
        # write code here
        while num2 != 0:
            temp = num1 ^ num2
            num2 = (num1 & num2) << 1
            num1 = temp & 0xFFFFFFFF
        return num1 if num1 >> 31 == 0 else num1 - 4294967296#用了减法

正确答案如下,由于python整数的左移操作不会溢出,所以不能像Java、C++那样解答:

# -*- coding:utf-8 -*-
class Solution: 
    def Add(self, num1, num2):           
        while(num2): 
            num1,num2 = (num1^num2) & 0xFFFFFFFF,((num1&num2)<<1) & 0xFFFFFFFF
        return num1 if num1<=0x7FFFFFFF else ~(num1^0xFFFFFFFF)

程序解读,始终注意一点,python的左移不会导致溢出,CPU计算是用补码计算,正数的补码、反码都和本身相同,负数的[-1](1000 0000 0000 0001)符号位不变,其他位按位取反[-1的反码](1111 1111 1111 1110),负数的补码[-1的补码](1111 1111 1111 1111)是它的反码末位加1 ,& 0xFFFFFFFF与的这个操作是为了限制位数在32位之内,因为高于32位的部分‘& 0xFFFFFFFF’在与的操作之后都被置零了,这样相当于产生了溢出效果。高于& 0xFFFFFFFF最高位的前面都是0

Python位运算的结果判定方法

因为Python整数没有溢出,但是正负数的区分还需要标志位,正数为0,负数为 1,所以Python中正负数都有隐藏的额外标志位,位运算过程中标志位也参与运算,因为电脑位运算本身是不区分正负的,只是靠读取规则区分,首位为0 是正数,首位为1 是负数的补码,

一个正数存储的时候 不论多大 最高位 前面会留一个符号位 0,而取反的时候 符号位也被取反,正数取反的结果是一个负数的补码。

负数取反 是它的补码取反 符号位由1变成0,取反结果是一个正数的原码

位运算时负数按补码进入计算,正数直接原码计算,那么怎么判定位运算结算结果的正负呢

如果位运算结果的最高位为1 则判定 这是一个负数的补码,否则判定这是一个正数,

负数与任何数的位或运算结果都为负数,因为符号位 在或运算结果中始终为 1

1.程序中 (num1^num2) & 0xFFFFFFFF,((num1&num2)<<1) & 0xFFFFFFFF,&0xFFFFFFFF的意义是产生溢出效果,副作用是 负数的标志位 1 也被置零

image.png

2.1+1的运算实例

image.png

3. -1 + -1 的运算实例

image.png

4.最后return中的操作意义,如果num1小于0x7FFFFFFF说明num1是正数,num1大于0x7FFFFFFF,说明num1应该是个负数,但是前面的&操作将负数的标志1位也置0了,我们需要一步操作,把标志位找回来,先和0xFFFFFFFF位或,再取反找回标志位变成原来的值。这样就是一个负数的补码了~(num1^0xFFFFFFFF)。

image.png
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