位循环移位

Question

我目前正在学习按位运算，我的任务是对 4 位整数进行左旋转。

我的 4 位左旋转代码是

private static int BITS_IN_INTEGER = 4;

private static int leftRotate(int x, int n) {
  return (x << n) | (x >> (BITS_IN_INTEGER - n));
}

我想进行 4 位循环移位以在旋转后保持为 4 位，但似乎无法理解它是如何工作的。

示例：左旋转 1 位后的 10 (1010) 会给我 5 (0101) 但它给我的值是 21，这比我的 4 位多。

任何帮助我理解这个问题将不胜感激！

Answer 1

如果我理解正确，你想

• 用BITS_IN_INTEGER 很多位而不是32 位模拟整数。
• 对这样的模拟整数进行旋转

目前您可以进行旋转，但不属于模拟 int 的实际 int 的高位可能会以 0 以外的值结束。示例：

intput x
0000 0000  0000 0000  0000 0000  0000 1100
                                     |____|___, emulated int
result of rotating left by n=2       |    |
0000 0000  0000 0000  0000 0000  0011 0011

正如我们所见，我们所要做的就是将模拟 int 上方的位（即 32 - BITS_IN_INTEGER 高位）设置为零。为此，我们使用逻辑“和” (&)。我们需要一个掩码，在我们想要设置为零的位上具有0（任何& 0 始终为0），在我们想要保留的位上具有1（任何& 1 始终是任何）。

  0...0  0011 0011  ←  the result from before
& 0...0  0000 1111  ←  a mask
——————————————————
  0...0  0000 0011  ←  the masked result where unused bits are 0

要生成0...01...1 和BITS_IN_INTEGER 多个1s 形式的掩码，我们可以使用(1 << BITS_IN_INTEGER) - 1。 - 1 将 10000 转换为 01111。

static int BITS_IN_INTEGER = 4;
static int INTEGER_MASK = (1 << BITS_IN_INTEGER) - 1;

static int leftRotate(int x, int n) {
  return INTEGER_MASK & ((x << n) | (x >>> (BITS_IN_INTEGER - n)));
}

Answer 2

这是 leftRotate() 和 rightRotate() 的 javascript 实现，基于上述来自 Socowi 的 Answer（谢谢！）

我需要在左（逆时针）和右（顺时针）两个方向上模拟一个90度旋转的简单指南针（不是真正的指南针，只是一个有趣的问题）。

因此，我没有通过存储先前的方向并使用 * if / else * 或 * switch * 来弄乱代码，而是想到了 circular-shift 或 bit-rotation 会更干净、更高效的想法，当然也很优雅。

但是，关于将掩码限制为 4 位，我遇到了同样的问题。感谢上述解决方案，我能够做到！ ;)

所以假设如下：

- 北 = 1 = 0001 - 西 = 2 = 0010 - 南 = 4 = 0100 - 东 = 8 = 1000

当我需要从北转 90º 到 -> 西时，我会调用 leftRotate() 等等，直到我再次到达同一点（北）。

反之亦然，如果从北转 90º 到 -> 东我调用 rightRotate()，然后再次转南，依此类推。

这里是sn-p，希望对你有帮助：

const BITS_IN_INTEGER = 4;
const INTEGER_MASK = (1 << BITS_IN_INTEGER) - 1;

// this function rotates to left (counter clockwise) 1,2,4,8...1,2,4,8

function leftRotate(x, n) {
  return INTEGER_MASK & ((x << n) | (x >>> (BITS_IN_INTEGER - n)));
}


// this function rotates to right (clockwise)  1,8,4,2...1,8,4,2

function rightRotate(x, n) {
  return INTEGER_MASK & ((x << (BITS_IN_INTEGER - n)) | (x >>> n));
}

// Lets rotate:

console.log('--- Rotate to left (counter clockwise) 1,2,4,8...1,2,4,8...1:')

let value = 1;

for (let i = 0; i < 8; i++) {
  console.log(value);
  value = leftRotate(value, 1);
}

console.log('-- Rotate to right (counter clockwise) 1,8,4,2...1,8,4,2...1:')

for (let i = 0; i < 8; i++) {
  console.log(value);
  value = rightRotate(value, 1);
}