В компьютерном программировании побитовая операция выполняется над битовой строкой , битовым массивом или двоичным числом (рассматриваемым как битовая строка) на уровне отдельных битов . Это быстрое и простое действие, лежащее в основе арифметических операций более высокого уровня и напрямую поддерживаемое процессором . Большинство побитовых операций представлены в виде инструкций с двумя операндами, результат которых заменяет один из входных операндов.
На простых недорогих процессорах побитовые операции обычно выполняются существенно быстрее, чем деление, в несколько раз быстрее, чем умножение, а иногда и значительно быстрее, чем сложение. Хотя современные процессоры обычно выполняют сложение и умножение так же быстро, как и побитовые операции, из-за более длинных конвейеров команд и других вариантов архитектуры , побитовые операции обычно потребляют меньше энергии из-за меньшего использования ресурсов. [1]
В пояснениях ниже любые указания на положение бита отсчитываются с правой (наименее значимой) стороны, продвигаясь влево. Например, двоичное значение 0001 (десятичное 1) имеет нули в каждой позиции, кроме первой (т. е. самой правой).
Побитовое НЕ или побитовое дополнение — это унарная операция , которая выполняет логическое отрицание каждого бита, образуя дополнение до единиц данного двоичного значения. Биты, равные 0, становятся 1, а биты, равные 1, становятся 0. Например:
Результат равен дополнению двух значений минус один. Если используется арифметика с дополнением до двух, то NOT x = -x − 1.
Для беззнаковых целых чисел поразрядное дополнение числа — это «зеркальное отражение» числа через половину диапазона беззнакового целого числа. Например, для 8-битных беззнаковых целых чисел , NOT x = 255 - xкоторые можно визуализировать на графике как нисходящую линию, которая эффективно «переворачивает» возрастающий диапазон от 0 до 255 к убывающему диапазону от 255 до 0. Простой, но наглядный пример использования заключается в инвертировании изображения в оттенках серого, где каждый пиксель хранится как целое число без знака.