位运算实现加法:还有比这更清晰的讲解吗?

2023-10-27 13:05:03 浏览数 (1)

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前文分析

在上一篇文章中,我们分享了计算底层实现加法的逻辑。今天,我们就来用代码模拟实现下。我们知道底层最终是要到位运算这一层面的。那怎么实现这个逻辑呢?

从前一篇文章的分析,我们要处理的就是01的运算结果。

本位上执行加法,需要达到下面的结果:

0和0,结果为0; 0和1,结果为1; 1和1,结果为0(因为1和1相加后,二进制位上,向前进1,本位为0,)。

上面的运算规则不正是我们熟知的异或运算("^")吗?

那怎么表示进位的操作呢?进位不就是从右往左进一位?我们的位移运算("<<")就能达到这个效果呀!我们来看下二进制下1 1的情况!

对于进位操作,只有同一二进制位上都是1才会产生。又因为我们使用位移运算("<<")来实现。那么,要是能在本位上产生1,再通过位移,就能达到进位的效果。逻辑如下:

那这个应该是什么操作呢?什么操作只有在同为1的情况才能得到1呢?当然就是与运算("&")啦!

代码示例

有了上面实现本位加(即,只在本位上产生加的结果,不考虑进位)和进位的运算,我们就能实现整个加法的逻辑啦!

代码语言:javascript复制
int add(int a ,int b){
    if (b == 0)
        return a;
    else{
        // 只考虑进位的问题。
        int carry = (a & b) << 1;
        // 只考虑本位加的结果
        a = a ^ b;
        // 如果进位的结果不为0,就递归“进位,本位加”的逻辑。
        // 进位的结果是不是0,是在递归调用最开始判断的,就是上面的if(b== 0)那里。没懂的,调试下代码试试看。
        return add(a,carry);
    }
}

这就是加法的底层运算逻辑的Java代码模拟实现。但在真正的计算底层中,必然是调用了^&这些运算的指令来实现的。

通过上面的分析,大家至少需要知道加法在底层上,是通过二进制的位运算来实现的。再进一步,就可以知道如何通过"^"、"&"、"<<"来一步步得出加法的最后结果。再深一个层次,可能就需要考虑汇编指令、计算机语言等啦(这个层面可能就有点超出这篇文章的范畴了)~

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