Τα δυαδικά ψηφία αντιστοιχίζονται τελικά άμεσα με τα τρανζίστορ στον CPU ή τη RAM σου, και με το αν το καθένα είναι "ανοιχτό" ή "κλειστό".
Ο χειρισμός χαμηλού επιπέδου, που ανεπίσημα ονομάζεται "bit-twiddling", είναι ιδιαίτερα σημαντικός στις γλώσσες συστημάτων.
Οι γλώσσες υψηλού επιπέδου, όπως η Julia, συνήθως αφαιρούν τις περισσότερες από αυτές τις λεπτομέρειες.
Ωστόσο, μια πλήρης σειρά πράξεων σε επίπεδο bit είναι διαθέσιμη στη βασική γλώσσα.
Σημείωση: Για να δεις ευανάγνωστη δυαδική έξοδο στο REPL, σχεδόν όλα τα παρακάτω παραδείγματα πρέπει να τυλιχτούν σε μια συνάρτηση bitstring().
Αυτό αποσπά την προσοχή οπτικά, οπότε οι περισσότερες εμφανίσεις αυτής της συνάρτησης έχουν αφαιρεθεί.
Πράξεις ολίσθησης bit
Οι ακέραιοι τύποι, προσημασμένοι ή απρόσημοι, μπορούν να αναπαρασταθούν ως μια συμβολοσειρά από μηδενικά και άσσους.
julia> bitstring(UInt8(5))
"00000101"
Οι ολισθήσεις bit απλώς μετακινούν τα πάντα αριστερά ή δεξιά κατά έναν καθορισμένο αριθμό θέσεων.
Με τους τύπους UInt, κάποια bit πέφτουν από το ένα άκρο και το άλλο άκρο συμπληρώνεται με μηδενικά:
julia> ux::UInt8 = 5
5
julia> bitstring(ux)
"00000101"
julia> ux << 2 # left by 2
"00010100"
julia> ux >> 1 # right by 1
"00000010"
Κάθε ολίσθηση αριστερά διπλασιάζει την τιμή και κάθε ολίσθηση δεξιά την υποδιπλασιάζει (υπόκειται σε περικοπή).
Αυτό είναι πιο εμφανές στη δεκαδική αναπαράσταση:
julia> 3 << 2
12
julia> 24 >> 3
3
Μια τέτοια ολίσθηση bit είναι πολύ πιο γρήγορη από την "κανονική" αριθμητική, κάτι που κάνει την τεχνική πολύ δημοφιλή στον προγραμματισμό χαμηλού επιπέδου.
Με τους προσημασμένους ακεραίους, πρέπει να είμαστε λίγο πιο προσεκτικοί.
Οι ολισθήσεις αριστερά είναι σχετικά απλές:
julia> sx = Int8(5)
5
julia> sx # positive integer
"00000101"
julia> sx << 2
"00010100"
julia> -sx # negative integer
"11111011"
julia> -sx << 2
"11101100"
Η ολίσθηση αριστερά θετικών προσημασμένων ακεραίων είναι επομένως ίδια όπως με τους απρόσημους ακεραίους.
Οι αρνητικές τιμές αποθηκεύονται σε μορφή συμπληρώματος ως προς δύο, που σημαίνει ότι το αριστερότερο bit είναι 1.
Κανένα πρόβλημα για μια ολίσθηση αριστερά, αλλά όταν ολισθαίνουμε δεξιά, πώς συμπληρώνουμε τα αριστερότερα bit;
julia> sx >> 2 # simple for positive values!
"00000001"
julia> -sx # negative integer
"11111011"
julia> -sx >> 2 # pad with repeated sign bit
"11111110"
julia> -sx >>> 2 # pad with 0
"00111110"
Ο τελεστής >> εκτελεί αριθμητική ολίσθηση, διατηρώντας το bit προσήμου.
Ο τελεστής >>> εκτελεί λογική ολίσθηση, συμπληρώνοντας με μηδενικά σαν ο αριθμός να ήταν απρόσημος.
Λογική κατά bit
Είδαμε σε μια προηγούμενη Έννοια ότι οι τελεστές && (και), || (ή) και ! (όχι) χρησιμοποιούνται με Boolean τιμές.
Υπάρχουν αντίστοιχοι τελεστές & (and κατά bit), | (or κατά bit) και ~ (μια περισπωμένη, not κατά bit) για να συγκρίνουν τα bit δύο ακεραίων.
julia> 0b1011 & 0b0010 # bit is 1 in both numbers
"00000010"
julia> 0b1011 | 0b0010 # bit is 1 in at least one number
"00001011"
julia> ~0b1011 # flip all bits
"11110100"
julia> xor(0b1011, 0b0010) # bit is 1 in exactly one number, not both
"00001001"
Εδώ, το xor() είναι το αποκλειστικό ή, χρησιμοποιημένο ως συνάρτηση.
Άσκηση εκμάθησης
