位运算实际场景讲解

位运算

在计算机存储的世界中，一切都是二进制的，位运算就是对二进制位进行操作的一种运算。位运算是计算机中的一种常见运算，可以用来提高性能和提升代码的可读性。

位运算有很多种，比如与、或、非、异或等，这些运算可以用来实现很多高效的算法。在这里，我们根据Bitmap实现密码强度检查器的实例，讲解位运算的实际应用场景。

代码讲解

private static final int[] bitmaps = createBitmap();
public static final int UPPER_CASE = 1 << 1;
public static final int LOWER_CASE = 1 << 2;
public static final int DIGIT = 1 << 3;
public static final int SPECIAL_CHAR = 1 << 4;
public static final int ALL = UPPER_CASE | LOWER_CASE | DIGIT | SPECIAL_CHAR;

static int[] createBitmap() {
    int[] maps = new int[128];
    for (int i = 0; i < 128; i++) {
        if (i >= 65 && i <= 90) { // A-Z
            maps[i] = UPPER_CASE;
        } else if (i >= 97 && i <= 122) { // a-z
            maps[i] = LOWER_CASE;
        } else if (i >= 48 && i <= 57) { // 0-9
            maps[i] = DIGIT;
        } else if (i == 33 || i == 64 || i == 35 || i == 36 || i == 37 || i == 94 || i == 38 || i == 42 || i == 95
                || i == 45) { // !@#$%^&*_
            maps[i] = SPECIAL_CHAR;
        }
    }
    return maps;
}

public static boolean checkPasswordStrengthWithBitmap(String password) {
    if (password.length() < 6) {
        return false;
    }
    int hints = 0;
    int count = 1;
    int prevDiff = 0;

    for (int i = 0; i < password.length(); i++) {
        char c = password.charAt(i);
        int currentBit = bitmaps[c];
        if （(currentBit & ALL) == 0) {
            return false;
        }
        hints |= currentBit;
    }

    return hints == ALL;
}

上面的代码中，我们使用Bitmap来表示密码中的字符，然后用位运算来判断是否符合要求。

我们先说清楚Bitmap的构建，我们用一个长度为128的数组来表示ASCII码表中的字符，然后用1 << 1, 1 << 2, 1 << 3, 1 << 4来表示大小写字母、数字、特殊字符，然后用位运算来判断是否符合要求。

那么我们先看一下UPPER_CASE、LOWER_CASE、DIGIT、SPECIAL_CHAR这四个常量: bitmap

从上面的图可以看出来，1 << 1 就是2, 对应的二进制表示就是"00000010"

| 或运算

ALL 这个变量UPPER_CASE | LOWER_CASE | DIGIT | SPECIAL_CHAR的或运算:

二进制的或运算是将两个数的二进制表示对应位进行或运算，只要有一个为1，结果就是1，否则就是0。

也就是00000010 | 000000100 | 0000001000 | 00000010000，也就是00000011110 所以ALL就是表示每个位上的状态都是1，也就是密码中包含了大小写字母、数字、特殊字符。

|= 或运算

hints |= currentBit 这个语句是将hints和currentBit进行或运算，然后将结果赋值给hints。等同于:

hints = hints | currentBit;

就是相当于将hints的每一位和currentBit的每一位进行或运算，然后将结果赋值给hints。

& 与运算

代码中，我们用(currentBit & ALL) == 0来判断是否符合要求，这里用到了与运算。二进制的与运算是将两个数的二进制表示对应位进行与运算，只有两个数的对应位都是1，结果才是1，否则就是0。

也就是00000010 & 0000001110，也就是00000010, 因为只有第二位是1，其他位都是0。这个值就不会等于0，就表示当前的字符是符合要求的。

～非运算

~ 非运算是将一个数的二进制表示取反，也就是0变成1，1变成0。也就是~00000010，也就是11111101，这个值就是-3。

配合与运算，可以用来取消hints的某一位，比如当前是 UPPER_CASE | LOWER_CASE, 我们想取消LOWER_CASE，

可以用hints & ~LOWER_CASE来取消LOWER_CASE，
也就是00000010 & ~00000100，---> 00000010 & 11111011，---> 00000010
这样就取消了LOWER_CASE。

比如：

hints = hints &= ~currentBit;

等同于:

hints = hints & ~currentBit;

^ 异或运算

异或运算是将两个数的二进制表示对应位进行异或运算，只有两个数的对应位不相同，结果才是1，否则就是0。

也就是00000010 ^ 0000001110，也就是000000110, 因为只有第二位是1，其他位都是0。这个值就不会等于0，就表示当前的字符是符合要求的。

总结

在实际的开发中，我们可以用位运算来实现很多高效的算法，比如Bitmap、布隆过滤器等，这些算法都是基于位运算的，可以提高代码的性能和可读性。

作为后端开发工程师，我们需要了解位运算的基本原理和应用场景，这样才能更好地优化代码，提高系统的性能。

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