C++面试八股文之位运算问题详解

面试中

某日二师兄参加XXX科技公司的C++工程师开发岗位第12面：

面试官：了解位运算吗？

二师兄：了解一些。（我很熟悉）

面试官：请列举以下有哪些位运算？

二师兄：按位与（&）、按位或（|）、按位异或（^），按位取反（~）、左移（<<）和右移（>>）。

面试官：好的。那你知道位运算有什么优势吗？

二师兄：优势主要有两点：1.速度快。2.节省寄存器/内存空间。

面试官：在C++中，如何处理int型负数最高位（是1）的左移或者右移？

二师兄：不同编译器处理的方法不同。此操作在C++中属于未定义的行为。所以不要使用带符号的整数参加位运算。

面试官：如何判断一个数是不是2的整数次方？

二师兄：使用这个数与这个数-1按位与，如果结果是0，则这个数是2的整数次方，否则不是。

bool is_power_of_two(unsigned int n)
{
    return n & (n-1) == 0;
}

面试官：如何使用位运算交换两个数，而不能申请额外的空间？

二师兄：可以使用异或操作，原理是一个数异或两次同一个数，结果等于原值。

void swap(unsigned int& a, unsigned int& b)
{
    a = a ^ b;    // a = a ^ b;
    b = a ^ b;    // b = a ^ b ^ b = a;
    a = a ^ b;    // a = a ^ b ^ a = b;
}

面试官：如何获取一个数字中的某一位是0 还是1 ？

二师兄：把这个数字右移x位，然后与&1。

bool get_bit(unsigned int n, unsigned int x)
{
    return 1 & (n >> x);
}

面试官：如何将一个数的某一位置成1/置成0，或取反？

二师兄：沉思良久。。。想不起来了。。。

今日二师兄的表现还不错，除了最后一问，其他都答上来了。让我们看看最后一问吧：

如何将一个数的某一位置成0/置成1，或取反？

先看第一个，如何将一个数的某一位置成1？这个数的这一位要不是1要不是0，最终要变成1，那么可以考虑在这一位上构造个1，然后和这个数或，这一位就置成了1。

unsigned set_bit_1(unsigned int n, unsigned int x)
{
    return (1u << x) | n;
}

如何将一个数的某一位置成0呢？我们首先考虑到与（&）操作。同样我们需要构造出来一个全是1的数字，然后再这一位上变成0，并与传入的参数进行与操作：

unsigned set_bit_0(unsigned n, unsigned x)
{
    return (~(1u << x)) & n;
}

最后一个问题，如果讲一个数的某一位取反？想到了取反，我们就想到了异或。任何数与1异或等于取反，任何数与0异或等于原数：

unsigned flip_bit(unsigned n, unsigned x)
{
    return (1u << x) ^ n;
}

好了，今日份面试到这里就结束了。二师兄自我感觉表现还行，晚上给自己加了个鸡腿。

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