位运算技巧：用位运算代替乘除法、位掩码、快速判断奇偶、交换变量

位运算，说白了就是直接操作内存里的二进制位。很多程序员觉得这东西太底层，平时用不上。但我跟你说，这恰恰是区分普通码农和性能调优高手的分水岭。

我记得刚入行那会儿，写了个图像处理模块，循环里全是乘除法。老架构师看了一眼，说：「你这里改成移位，性能能翻倍。」我当时半信半疑，改完一测——好家伙，处理时间从 200ms 降到了 80ms。从那以后，我再也不敢小看位运算了。

为什么位运算这么快？

CPU 处理加减法只需要 1 个时钟周期，乘除法却要 3-10 个周期。而位运算，和加减法一样快。你想想看，在循环几百万次的场景下，这个差距有多恐怖。

我个人的习惯是：能用位运算的地方，绝不用乘除法。当然，前提是代码可读性不能太差。

用移位代替乘除法

左移一位相当于乘以 2，右移一位相当于除以 2。这个大家都知道，但实际项目中很多人就是想不到用。

// 不推荐
int x = a * 8;
int y = b / 4;

// 推荐
int x = a << 3;   // a * 8
int y = b >> 2;   // b / 4

位掩码：用 & 和 | 操作标志位

一个 int 有 32 位，你可以用它存储 32 个布尔值。这在系统编程中太常见了。

// 定义标志位
#define FLAG_READ   (1 << 0)  // 0x01
#define FLAG_WRITE  (1 << 1)  // 0x02
#define FLAG_EXEC   (1 << 2)  // 0x04

int flags = 0;

// 设置标志
flags |= FLAG_READ | FLAG_WRITE;

// 清除标志
flags &= ~FLAG_WRITE;

// 检查标志
if (flags & FLAG_EXEC) {
    // 可执行权限已开启
}

我曾经在做一个网络协议栈时，用位掩码管理连接状态。一个 uint32_t 就搞定了 8 种状态和 24 个选项。如果用结构体加布尔值，光内存就要多占 4 倍。

快速判断奇偶

判断一个数是奇数还是偶数，最常见的写法是 n % 2 == 0。但取模运算本质上就是除法，慢。

// 慢
if (n % 2 == 0) {
    // 偶数
}

// 快
if (n & 1) {
    // 奇数
} else {
    // 偶数
}

原理很简单：二进制的最低位如果是 1，就是奇数；是 0，就是偶数。这个技巧我在做数据包过滤时经常用，每判断一个包少一次除法，几百万个包下来，效果很明显。

交换变量：不用临时变量

经典的面试题，但实际项目中确实有用。用异或运算交换两个整型变量：

int a = 5, b = 10;

a = a ^ b;
b = a ^ b;
a = a ^ b;

// 现在 a = 10, b = 5

原理是异或的三个性质：x ^ x = 0、x ^ 0 = x、交换律和结合律。一步步拆解：

1. a = a ^ b → a 存的是 a 和 b 的异或结果
2. b = a ^ b → 相当于 (a ^ b) ^ b = a，b 拿到了原来的 a
3. a = a ^ b → 相当于 (a ^ b) ^ a = b，a 拿到了原来的 b

知识体系总览

下面这张图总结了位运算的核心技巧和适用场景，方便你快速回顾：

性能对比一览

下面这张表是我在实际项目中测出来的数据，编译器用的是 GCC -O2，CPU 是 x86_64：

嗯，说到底，位运算就是让你用更少的指令做更多的事。CPU 喜欢简单直接的指令，而位运算恰恰就是最直接的。你想想看，与其让 CPU 去算乘法，不如直接告诉它「左移三位」，它执行起来多痛快。

我在做音视频编解码的时候，大量使用了位运算。一个 H.264 解码器里，位掩码和移位操作几乎无处不在。没有这些技巧，解码速度根本跟不上 4K 视频的帧率。

最后说一句：位运算不是炫技，是实实在在的性能优化手段。掌握它，你的代码会跑得更快，你的思路会更底层，你写出来的程序也会更「懂」硬件。