PHP 使用位運(yùn)算實(shí)現(xiàn)四則運(yùn)算的代碼
計(jì)算機(jī)最基本的操作單元是字節(jié),一個(gè)字節(jié)由8個(gè)位組成,一個(gè)位只能存儲一個(gè)0或1。所有數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中都是采用二進(jìn)制,即 1 和 0 的編碼存儲和運(yùn)算。
這次嘗試在 PHP 中使用位運(yùn)算實(shí)現(xiàn)四則運(yùn)算,首先介紹一些基本概念:
原碼:將最高位作為符號位(0表示正,1表示負(fù)),其它數(shù)字位代表數(shù)值本身的絕對值
反碼:正數(shù)反碼和原碼一樣;如果是負(fù)數(shù),符號位不變,其余各位取反
補(bǔ)碼:正數(shù)補(bǔ)碼和原碼一樣;負(fù)數(shù)補(bǔ)碼為反碼加 1
計(jì)算機(jī)中的數(shù)使用 補(bǔ)碼 的形式存儲
⒈ 加法
二進(jìn)制中只有 0 和 1,0 + 0、0 + 1 都不需要進(jìn)位,但 1 + 1 則需要進(jìn)位。所以,首先通過 抑或 運(yùn)算得到不需要進(jìn)位的那些位相加的結(jié)果。然后進(jìn)行 與 運(yùn)算,當(dāng)相加的兩位都為 1 時(shí)結(jié)果為 1。所以如果與運(yùn)算的結(jié)果大于 0 說明需要進(jìn)位,此時(shí)將與運(yùn)算的結(jié)果按位左移 1 位,此時(shí)將左移的結(jié)果與抑或運(yùn)算得到的結(jié)果重新進(jìn)行上述的運(yùn)算過程,直到與運(yùn)算的結(jié)果為 0。
<?php function add($summand, $addend) { $sum = $summand ^ $addend; // 判斷進(jìn)位 $carry = $summand & $addend; while ($carry <<= 1) { $summand = $sum; $addend = $carry; $sum = $summand ^ $addend; $carry = $summand & $addend; } return $sum; }
⒉ 減法
減法可以看作是減數(shù)為負(fù)數(shù)的加法,例如 2 - 1 可以看作是 2 + (-1)。
<?php require 'addition.php'; function subtract($minuend, $subtrahend) { // 先求得減數(shù)的補(bǔ)碼,然后求和 $subtrahend = add(~$subtrahend, 1); return add($minuend, $subtrahend); }
⒊ 乘法
乘法也可以看作是加法的變種,例如 m * n 可以看作是 n 個(gè) m 相加的結(jié)果。但乘法使用位運(yùn)算還有更快捷的實(shí)現(xiàn)方式。例如 3 * 10:3 的二進(jìn)制表示為 0011,10 的二進(jìn)制表示為 1010
0 0 1 1
× 1 0 1 0
————————————
0 0 0 0
0 0 1 1 0
0 0 0 0 0 0
0 0 1 1 0 0 0
————————————
0 0 1 1 1 1 0
由上圖可以看出,乘法計(jì)算的結(jié)果為:當(dāng)乘數(shù)的位的值為 1 時(shí),將被乘數(shù)按位左移相應(yīng)的位數(shù),最后將這些按位左移后得到的結(jié)果相加及時(shí)最后的結(jié)果。
<?php require 'addition.php'; function multiply($multiplicand, $multiplicator) { // 判斷符號位 $flag = ($multiplicand ^ $multiplicator) < 0 ? false : true; // 被乘數(shù)和乘數(shù)取絕對值 $multiplicand = $multiplicand < 0 ? add(~$multiplicand, 1) : $multiplicand; $multiplicator = $multiplicator < 0 ? add(~$multiplicator, 1) : $multiplicator; $product = 0; $multiplicator = decbin($multiplicator); $length = strlen($multiplicator); for ($i = 0; $i < $length; $i ++) { if ($multiplicator[$i]) { $product += $multiplicand << $length - $i - 1; } } if (! $flag) { $product = add(~$product, 1); } return $product; }
⒋ 除法
同乘法類似,除法可以看作是被除數(shù)可以減去多少個(gè)除數(shù)。
<?php require 'addition.php'; function divide($dividend, $divisor) { // 判斷符號位 $flag = ($dividend ^ $divisor) < 0 ? false : true; // 取得被除數(shù)符號位 $dividend_flag = $dividend < 0 ? false : true; // 取絕對值 $dividend = $dividend < 0 ? add(~$dividend, 1) : $dividend; $divisor = $divisor < 0 ? add(~$divisor, 1) : $divisor; $quotient = 0; $remainder = 0; if ($dividend < $divisor) { // 被除數(shù)小于除數(shù)的情況 $remainder = $dividend; return 'quotient = ' . $quotient . ' remainder = ' . $remainder; } while ($dividend >= $divisor) { $i = 0; $mul_divisor = $divisor; while ($dividend >= ($mul_divisor << 1)) { $i ++; $mul_divisor <<= 1; } $dividend -= $mul_divisor; $quotient += 1 << $i; } $remainder = $dividend; if (! $flag) { $quotient = add(~ $quotient, 1); } if (! $dividend_flag) { $remainder = add(~$remainder, 1); } return 'quotient = ' . $quotient . ' remainder = ' . $remainder; }
以上。
需要指出的是,上面的代碼在實(shí)現(xiàn)過成功并沒有考慮數(shù)據(jù)的溢出。 兩個(gè)很大的數(shù)相加可能會溢出;正數(shù)減負(fù)數(shù)也可能溢出;兩個(gè)大數(shù)相乘也會溢出;任何數(shù)除以 0 都會溢出。
總結(jié)
以上所述是小編給大家介紹的PHP 使用位運(yùn)算實(shí)現(xiàn)四則運(yùn)算的代碼,希望對大家有所幫助,如果大家有任何疑問請給我留言,小編會及時(shí)回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對腳本之家網(wǎng)站的支持!
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