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如何用位运算实现整数的加减法

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摘要:假设,,先把,转化为二进制,那么,,二进制的加法是逢进,如果两个数的同一位的基数分别是和,那么这个位上的基数为如果都是,则基数为如果都是,则基数为。

今天刷Leecode刷到第371题:

Sum of Two Integers

Calculate the sum of two integers a and b, but you are not allowed to use the operator + and -.

Example:
Given a = 1 and b = 2, return 3.

Credits:
Special thanks to @fujiaozhu for adding this problem and creating all test cases.

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题目要求我们在不使用加减操作符的情况下得到两个整数的和。由于减法和乘除法都是基于加法操作的,所以此题不能考虑‘+’、‘-’、‘*’、’/‘这四个操作符,我们使用位运算来得到两个数的和。
假设a = 15, b = 9, 先把a,b转化为二进制,那么a = 1111,b = 1001,二进制的加法是逢2进1,如果两个数的同一位的基数分别是0和1,那么这个位上的基数为1;如果都是1,则基数为0;如果都是0,则基数为0。这种方式类似于位运算中的异或,只有两个数字不等的时候结果才为1,那我们是不是可以直接用a ^ b来得到a + b的值呢?当然不行,当同一位上两个基数都为1时,此时该位上的基数变为0,但是应该在它的左边一位加1,异或运算并没有给它加1,所以我们还得把逢2进1的那个1加进去,01 + 01 = 10,所以两个数有一个位上的基数都是1的时候相加就类似于与运算,但是要把结果左移一位,因为它是在比它高一位的地方进1,相当于是乘以2了。于是两个二进制的加法就转化成了两部分,一部分是两个数同一位上的基数同为1的值,这部分的值用(a & b)<<1 可以得到,另一部分的值可以用异或得到,即 a ^ b,所以 a + b = a ^ b + (a & b)<<1.
在上一例中,

(a & b)<<1 = (1111 & 1001)<<1 = 10010;
 a ^ b = 1111 ^ 1001 = 110;
 a + b = 10010 + 110 = 11000 = 24

完整的代码如下:

var getSum = function(a, b) {
    //注意"+"的优先级大于"<<",所以要先把(a & b)<<1括起来
    var s = (a ^ b) + ((a & b)<<1)
    return s 
};

异或还有一个特点就是,一个整数与0异或的结果就等于它自己,它和自己异或等于0,这个结论能帮我们解决第136题。

[Single Number][2]

Given an array of integers, every element appears twice except for one. Find that single one.

Note:
Your algorithm should have a linear runtime complexity. Could you implement it without using extra memory?

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要找出一个数组里唯一的那个数,这时候我们很自然就想到了异或的特点,即:

a ^ 0 = a
a ^ a = 0
a ^ b ^ a = a ^ a ^ b = 0 ^ b = b

所以这道题我们利用for循环将数组里的所有元素异或,最终得到的就是那个只出现了一次的数,代码如下:

var singleNumber = function(nums) {
    var result = 0
   for(var i = 0; i < nums.length; i++) {
       result = result ^ nums[i] 
   } 
   return result
};

可见有时候位运算的作用也很大呢!

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