JS魔法堂:再识Bitwise Operation & Bitwise Shift

简介:

Brief                              

  linkFly的《JavaScript-如果...没有方法》中提及如何手写Math.round方法,各种奇技淫招看着十分过瘾,最让我惊叹的是 ~~(x + 0.5 + (x >> 30)) ,完全通过加法和位运算搞定整数的四舍五入。在好奇心的驱使下重温了一下位运算,并对上述公式加以封装得到适合小数的四舍五入方法

function round(v/*alue*/, p/*recision*/){
  p = Math.pow(10, p>>>31 ? 0 : p|0)
  v *= p
  return (v + 0.5 + (v>>31)|0) / p
}

在开波前我们先要了解一个现实,那就是虽然JS仅有Number这个数值类型,并且Number底层采用IEEE 754 64bit Double precision floating-point编码,但JS中实际上还是存在Signed Int32、Unsigned Int32和Unsigned Int16的数值编码方式,只是它们仅存在于运算过程中而已,而按位运算则是其中之一。

 

Bitwise Operation                      

  NOT Operation

    取反操作,符号为~, ~1=0、~0=1 。

    JS的底层实现:~ToInt32(GetValue(expr))

    由于Signed Int32采用补码方式编码,因此会存在对n取反后结果等于-n-1,即~n=-n-1。   

  Bitwise OR

  或操作,符号为|, 1|1=11|0=10|0=0 。

  JS的底层实现:ToInt32(GetValue(oprand1)) | ToInt32(GetValue(oprand1))

  Bitwise AND

  与操作,符号为&, 1&1=11&0=00&0=0 。

      JS的底层实现:ToInt32(GetValue(oprand1)) & ToInt32(GetValue(oprand1))

  Exclusive OR

      异或操作,符号为^, 1^1=01^0=10^0=0 。

  JS的底层实现:ToInt32(GetValue(oprand1)) ^ ToInt32(GetValue(oprand1))

 

Bitwise Shift                        

  Arithmetic Shift

  Signed Right Shift Operator

    有符号右移操作符,符号为>>。

      JS的底层实现:ToInt32(GetValue(oprand1)) >> (ToUint32(GetValue(oprand2)) & 0x1F)。

            示例:0111>>3,得到0000;1001>>3,得到1111

            注意:由于Int32采用补码形式存储,因此 正数>>31 得到0,而 负数>>31 得到 -1。

  Signed Left Shift Operator

    有符号左移操作符,符号为<<。

    JS的底层实现:ToInt32(GetValue(oprand1)) << (ToUint32(GetValue(oprand2)) & 0x1F)。

    示例:0111<<3,得到0000;1001<<3,得到1100

  Logical Shift

  Unsigned Right Shift Operator

    无符号右移操作符,符号为>>>。

      JS的底层实现:ToInt32(GetValue(oprand1)) >>> (ToUint32(GetValue(oprand2)) & 0x1F)。

            示例:0111>>>3,得到0000;1001>>>3,得到0001

            注意:由于Int32采用补码形式存储,因此 正数>>>31 得到0,而 负数>>>31 得到 1。

 

Abstract Operations                      

  [[DefaultValue]](hint)

    用于获取对象的PrimitiveValue。具体规则如下:

      hint为string或hint为空,且对象类型为Date object时:

        1. 调用toString方法,若返回值为primitive value则直接返回;

        2. 调用valueOf方法,若返回值为primitive value则直接返回;

        3. 抛出TypeError实例。

      hint为number或hint为空,且对象类型不为Date object时:

        1. 调用valueOf方法,若返回值为primitive value则直接返回;

        2. 调用toString方法,若返回值为primitive value则直接返回;

        3. 抛出TypeError实例。

  ToPrimitive(input[, preferredType])

    用于获取入参input的PrimitiveValue。具体规则如下:

      1. 若入参input的类型为Undefined,Null,Boolean,Number,String都直接获取其[[PrimitiveValue]];

                 2. 其他情况则调用input的[[DefaultValue]](preferredType)方法

  ToNumber

    用于将其他数据类型转换为Number type。具体规则如下:

      1. Undefined -> NaN

      2. Null -> +0

      3. Boolean,true -> 1

             false -> 0

      4. Object,ToNumber(ToPrimitive(arg, hint-number))

      5. String,对于无法解析为StringNumericLiteral的字符串则返回NaN

             StringNumericLiteral与NumericLiteral的区别:

            a. 前后可以有多个空格符号或LineTerminator;

              示例: Number("\r\n 123\r\r\n ") 结果为 123 

            b. 前面可以有N个0,依然以十进制来解析字符串;

              示例: Number("0123") 结果为 123,而var num = 0123则是以八进制表示83 

            c. 若指定符号,则符号后面要紧跟数值。否则会返回NaN;

              示例:

Number("-    123");                    //结果为 NaN
Number("-123");                        // 结果为-123
var nl = -       123;console.log(nl);  //结果为-123
var nl = - +      123;console.log(nl); //结果为-123

            d. 若StringNumericLiteral仅含LineTeminator和WhiteSpace,则返回0。

            LineTerminator包含 <LF>(换行符,\n,U+000A)

                      <CR>(回车符,\r,U+000D)

                      <LS>(Unicode中的行分隔符,U+2028)

                      <PS>(Unicode中的段落分隔符,U+2029)

            WhiteSpace包含 ASCII的空白字符

                      <TAB>(缩进TAB符,\t,U+0009)

                      <VT>(垂直缩进TAB符,\v,U+000B)

                      <FF>(分页符,\f,U+000C)

                      <SP>(普通空格符,U+0020)

                      <NBSP>(非断行空格符,U+00A0)

                     <BOM>(bit order mark,Unicode中的零宽非断行空格,U+FEFF)

                      作用:作为UTF格式编码的文件的首个字符,用于程序在解析该文件时猜测采用的是采用哪种UTF编码方式。

                     <USP>(Unicode中的所有空白字符)具体看http://www.cnblogs.com/winter-cn/archive/2012/04/17/2454229.html

    

  ToInteger([value])

    具体规则如下:

function ToInteger(value){
  var num = ToNumber(value)
  if (Number.isNaN(num)) return 0
  if (num === 0 || !Number.isFinite(num)) return num
  return sign(num)*floor(abs(num))
}

  ToInt32([value])

    具体规则如下:

function ToInteger(value){
  var num = ToNumber(value)
  if (Number.isNaN(num)) return 0
  if (num === 0 || !Number.isFinite(num)) return num

  var mod = 2<<32
  num = sign(num)*floor(abs(num))
  num = num - mod * floor(num/mod)
  if (num > 2<<31){
    num = ~(num & -1>>31>>>1) + 1
  }
  return num
}

  ToUint32([value])

    具体规则如下:

function ToInteger(value){
  var num = ToNumber(value)
  if (Number.isNaN(num)) return 0
  if (num === 0 || !Number.isFinite(num)) return num

  var mod = 2<<32
  num = sign(num)*floor(abs(num))
  num = num - mod * floor(num/mod)
  return num
}

  ToUint16([value])

    具体规则如下:


function ToInteger(value){
  var num = ToNumber(value)
  if (Number.isNaN(num)) return 0
  if (num === 0 || !Number.isFinite(num)) return num

  var mod = 2<<16
  num = sign(num)*floor(abs(num))
  num = num - mod * floor(num/mod)
  return num
}

Usage                            

  说了这么多还是不如直接看疗效吧

//奇偶判断
function isEven(val){
  return !(val&1)
}
function isOdd(val){
  return !!(val&1)
}

// 字符串是否含某字符判断
function contains(str, c){
  return !!~str.indexOf(c)
}

// 正负号判断
function isPos(val){
  return !(val>>31)
}
function isNeg(val){
  return !!val>>>31
}

// 掩码
function getGroup(ip, mask){
  return (ip&mask).toString(2)
}

// 大小写转换
function toLowerCase(ll){
  return String.fromCharCode(ll.charCodeAt()|1<<5)
}
function toUpperCase(ul){
  return String.fromCharCode(ul.charCodeAt()&((-1>>>25)^(1<<5)))
}

Take Action                          

  回到最初四舍五入法方法,其中利用位运算的就两个部分,  p>>>31 ? 0 : p|0 和 v + 0.5 + (v>>31)|0

  p>>>31用于判断p的正负号,若p为正数则返回0,若p为负数则返回1;而p|0则用于截取p的整数部分。

  0.5 + v>>31实质是用于令0.5与v具有相同符号而已,v>>31若v为整数则返回0,若v为负数则返回-1。

 

Conclusion                          

  也许在日常工作中确实很少使用按位运算,大概有三个原因吧:

  1. 确实没这个需求;

  2. 有这个需求但不会用;

  3. 有这个需求而且会用,但其他同事不懂导致可维护性“低”。

  但不管用到与否,理解个中原理还是很爽的!

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