超详解——​深入理解Python中的位运算与常用内置函数/模块——基础篇

在Python中，位运算是一种直接对整数的二进制位进行操作的技术。位运算效率高，非常适合处理需要直接操控二进制数据的场景。了解位运算及其在Python中的实现，可以帮助我们更有效地使用这门语言。

位运算符

Python中支持六种基本的位运算符：

1. 与运算（&）：两个对应的二进制位都为1，则结果位为1；否则为0。
2. 或运算（|）：两个对应的二进制位有一个为1，则结果位为1；否则为0。
3. 异或运算（^）：两个对应的二进制位相同则结果位为0，不同则为1。
4. 取反运算（~）：将每个二进制位取反，0变1，1变0。
5. 左移运算（<<）：将一个数的二进制位向左移动指定的位数，高位丢弃，低位补0。
6. 右移运算（>>）：将一个数的二进制位向右移动指定的位数，低位丢弃，符号位保持不变（即保留最高位）。

代码示例

我们通过一个简单的代码示例来展示这些运算的用法。

# 定义两个整数
a = 5  # 二进制表示为 0101
b = 3  # 二进制表示为 0011

# 与运算
and_result = a & b
print(f"{a} & {b} = {and_result} (二进制: {bin(and_result)})")  # 0001，即 1

# 或运算
or_result = a | b
print(f"{a} | {b} = {or_result} (二进制: {bin(or_result)})")  # 0111，即 7

# 异或运算
xor_result = a ^ b
print(f"{a} ^ {b} = {xor_result} (二进制: {bin(xor_result)})")  # 0110，即 6

# 取反运算
not_result = ~a
print(f"~{a} = {not_result} (二进制: {bin(not_result)})")  # 反转后为 -6 （计算机内部存储使用补码表示）

# 左移运算
left_shift_result = a << 1
print(f"{a} << 1 = {left_shift_result} (二进制: {bin(left_shift_result)})")  # 1010，即 10

# 右移运算
right_shift_result = a >> 1
print(f"{a} >> 1 = {right_shift_result} (二进制: {bin(right_shift_result)})")  # 0010，即 2

常用内置函数与模块

在Python中，除了位运算之外，常用的一些内置函数和模块也支持对位进行操作。比如：

1. bin()：用于将一个整数转换为二进制字符串。
2. int()：可以将一个二进制字符串转换为整数，int('0b101', 2)会返回5。
3. bit_length()：返回一个整数的二进制表示中所需的位数。

# 使用内置函数
num = 19
print(f"{num}的二进制表示为: {bin(num)}")  # 输出: 0b10011
print(f"{num}的二进制长度为: {num.bit_length()}")  # 输出: 5

# 通过str转换
binary_str = '10011'
decimal = int(binary_str, 2)
print(f"二进制{binary_str}转换为十进制为: {decimal}")  # 输出: 19

小结

位运算在Python中非常高效且简单易用。掌握位运算的基本知识和操作符，能够帮助我们在处理低级数据，尤其是在图像处理、网络编程等领域时，提高代码的执行效率。在实际开发中，合理运用位运算能够让代码更简洁，运行更迅速。