基础：C#中的位运算

1.按位与( & )

描述：对两个操作数的每一位执行按位与操作。如果相应位都为1，则结果为1；否则为0。

实例：

int a = 5; // 二进制: 0101
int b = 3; // 二进制: 0011
int result = a & b; // 二进制: 0001, 十进制: 1

2.按位或( | )

描述：对两个操作数的每一位执行按位或操作。如果相应位中至少有一个为1，则结果为1；否则为0。

实例：

int a = 5; // 二进制: 0101
int b = 3; // 二进制: 0011
int result = a | b; // 二进制: 0111, 十进制: 7

3.按位异或( ^ )

描述：对两个操作数的每一位执行按位异或操作。如果相应位不同，则结果为1；如果相同，则结果为0。

实例：

int a = 5; // 二进制: 0101
int b = 3; // 二进制: 0011
int result = a ^ b; // 二进制: 0110, 十进制: 6

4.按位取反( ~ )

描述：对操作数的每一位执行按位取反操作。将1变为0，将0变为1。

实例：

int a = 5; // 二进制: 0101
int result = ~a; // 二进制: ...11111010 (取决于数据类型)

5.左移( << )

描述：将操作数的二进制表示向左移动指定的位数。移出左边的位被丢弃，右边空出的位置用0填充。每左移一位相当于乘以2。

实例：

int a = 5; // 二进制: 0101
int result = a << 1; // 二进制: 1010, 十进制: 10

6.左移( >> )

描述：将操作数的二进制表示向右移动指定的位数。对于有符号整数，移出右边的位被丢弃，左边空出的位置用符号位（最高位）填充；对于无符号整数，左边空出的位置用0填充。每右移一位相当于除以2（向下取整）。

实例：

int a = 5; // 二进制: 0101
int result = a >> 1; // 二进制: 0010, 十进制: 2

7.复合赋值运算符

描述：简化位运算和赋值操作。

• &= ：按位与并赋值
• |= ：按位或并赋值
• ^= ：按位异或并赋值
• <<= ：左移并赋值
• >>= ：右移并赋值

• int a = 5;
  a &= 3; // 等价于 a = a & 3
  a |= 3; // 等价于 a = a | 3
  a ^= 3; // 等价于 a = a ^ 3
  a <<= 1; // 等价于 a = a << 1
  a >>= 1; // 等价于 a = a >> 1

应用场景

1.交换两个变量的值（不使用临时变量）

    利用异或的特性可以在不使用额外空间的情况下交换两个整数。

int a = 5;
int b = 3;
a = a ^ b; // a = 6 (0101 ^ 0011 = 0110)
b = a ^ b; // b = 5 (0110 ^ 0011 = 0101)
a = a ^ b; // a = 3 (0110 ^ 0101 = 0011)

2.检查奇偶性

    如果一个数的最低位是1，则它是奇数；如果是0，则是偶数。

bool isOdd(int num) {
    return (num & 1) == 1;
}

3.加密和解密

    异或操作常用于简单的加密算法中，因为相同的密钥可以用于加密和解密。

byte[] encrypt(byte[] data, byte key) {
    for (int i = 0; i < data.Length; i++) {
        data[i] = (byte)(data[i] ^ key);
    }
    return data;
}

4.快速乘以2的幂

    异或操作常用于简单的加密算法中，因为相同的密钥可以用于加密和解密。

int result = 5 << 2; // 等价于 5 * 4 = 20

5.设置标志位

    在位标志中，左移可以用来将特定位置为1。

const int FLAG_A = 1 << 0; // 0001
const int FLAG_B = 1 << 1; // 0010
const int FLAG_C = 1 << 2; // 0100

6.组合多个标志

    按位或可以用于将多个标志组合在一起。

int flags = FLAG_A | FLAG_B; // 结合FLAG_A和FLAG_B

7.权限控制

    不同的权限可以用不同的位表示，按位或可以组合多个权限。

const int READ_PERMISSION = 1 << 0; // 0001
const int WRITE_PERMISSION = 1 << 1; // 0010
const int EXECUTE_PERMISSION = 1 << 2; // 0100

int userPermissions = READ_PERMISSION | WRITE_PERMISSION;

总结

• 优化性能：位运算通常比算术运算更快。
• 内存管理：处理位标志、权限控制等。
• 加密算法：简单的加密和解密操作。
• 图形处理：颜色值的处理和图像操作。
• 网络协议：解析和构建二进制数据包。