Bitwise Operators
按位操作符（Bitwise operators） 将其操作数（operands）当作32位的比特序列（由0和1组成），而不是十进制、十六进制或八进制数值。例如，十进制数9，用二进制表示则为1001。按位操作符操作数字的二进制形式，但是返回值依然是标准的JavaScript数值。
下面的表格总结了JavaScript中的按位操作符：
Operator | Usage | Description |
|---|---|---|
Bitwise AND | a & b | Returns a one in each bit position for which the corresponding bits of both operands are ones. |
Bitwise OR | a | b | Returns a one in each bit position for which the corresponding bits of either or both operands are ones. |
Bitwise XOR | a ^ b | Returns a one in each bit position for which the corresponding bits of either but not both operands are ones. |
Bitwise NOT | ~ a | Inverts the bits of its operand. |
Left shift | a << b | Shifts a in binary representation b (< 32) bits to the left, shifting in zeroes from the right. |
Sign-propagating right shift | a >> b | Shifts a in binary representation b (< 32) bits to the right, discarding bits shifted off. |
Zero-fill right shift | a >>> b | Shifts a in binary representation b (< 32) bits to the right, discarding bits shifted off, and shifting in zeroes from the left. |
有符号32位整数
所有的按位操作符的操作数都会被转成补码（two's complement）形式的有符号32位整数。补码形式是指一个数的负对应值（negative counterpart）（如 5和-5）为数值的所有比特位反转后，再加1。反转比特位即该数值进行’非‘位运算，也即该数值的反码。例如下面为整数314的二进制编码：
00000000000000000000000100111010下面编码 ~314，即 314 的反码：
11111111111111111111111011000101最后，下面编码 -314，即 314 的补码：
11111111111111111111111011000110补码保证了当一个数是正数时，其最左的比特位是0，当一个数是负数时，其最左的比特位是1。因此，最左边的比特位被称为符号位（sign bit）。
0 是所有比特数字0组成的整数。
0 (base 10) = 00000000000000000000000000000000 (base 2)-1是所有比特数字1组成的整数。
-1 (base 10) = 11111111111111111111111111111111 (base 2)-2147483648（十六进制形式：-0x80000000）是除了最左边为1外，其他比特位都为0的整数。
-2147483648 (base 10) = 10000000000000000000000000000000 (base 2)2147483647（十六进制形式：0x7fffffff）是除了最左边为0外，其他比特位都为1的整数。
2147483647 (base 10) = 01111111111111111111111111111111 (base 2)数字-2147483648和2147483647 是32位有符号数字所能表示的最小和最大整数。
按位逻辑操作符
从概念上讲，按位逻辑操作符按遵守下面规则：
- 操作数被转换成32位整数，用比特序列（0和1组成）表示。
- 第一个操作数的每个比特位与第二个操作数的相应比特位匹配：第一位对应第一位，第二位对应第二位，以此类推。
- 位运算符应用到每对比特位，结果是新的比特值。
& (按位与)
对每对比特位执行与（AND）操作。只有 a 和 b 都是 1 时，a AND b 才是 1。与操作的真值表如下：
a | b | a AND b |
|---|---|---|
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 1 |
. 9 (base 10) = 00000000000000000000000000001001 (base 2)
14 (base 10) = 00000000000000000000000000001110 (base 2)
--------------------------------
14 & 9 (base 10) = 00000000000000000000000000001000 (base 2) = 8 (base 10)将任一数值 x 与 0 执行按位与操作，其结果都为 0。将任一数值 x 与 -1 执行按位与操作，其结果都为 x。
| (按位或)
对每一对比特位执行或（OR）操作。如果 a 或 b 为 1，则 a OR b 结果为 1。或操作的真值表：
a | b | a OR b |
|---|---|---|
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 1 |
. 9 (base 10) = 00000000000000000000000000001001 (base 2)
14 (base 10) = 00000000000000000000000000001110 (base 2)
--------------------------------
14 | 9 (base 10) = 00000000000000000000000000001111 (base 2) = 15 (base 10)将任一数值 x 与 0 进行按位或操作，其结果都是 x。将任一数值 x 与 -1 进行按位或操作，其结果都为 -1。
^ (按位异或)
对每一对比特位执行异或（XOR）操作。当 a 和 b 不相同时，a XOR b 的结果为 1。异或操作真值表：
a | b | a XOR b |
|---|---|---|
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 0 |
. 9 (base 10) = 00000000000000000000000000001001 (base 2)
14 (base 10) = 00000000000000000000000000001110 (base 2)
--------------------------------
14 ^ 9 (base 10) = 00000000000000000000000000000111 (base 2) = 7 (base 10)将任一数值 x 与 0 进行异或操作，其结果为 x。将任一数值 x 与 -1 进行异或操作，其结果为 ~x。
~ (按位非)
对每一个比特位执行非（NOT）操作。NOT a 结果为 a 的反转（即反码）。非操作的真值表：
a | NOT a |
|---|---|
0 | 1 |
1 | 0 |
9 (base 10) = 00000000000000000000000000001001 (base 2)
--------------------------------
~9 (base 10) = 11111111111111111111111111110110 (base 2) = -10 (base 10)对任一数值 x 进行按位非操作的结果为 -(x + 1)。例如，~5 结果为 -6。
与 indexOf 一起使用示例：
var str = 'rawr';
var searchFor = 'a';
// this is alternative way of typing if (-1*str.indexOf('a') <= 0)
if (~str.indexOf(searchFor)) {
// searchFor is in the string
} else {
// searchFor is not in the string
}
// here are the values returned by (~str.indexOf(searchFor))
// r == -1
// a == -2
// w == -3按位移动操作符
按位移动操作符有两个操作数：第一个是要被移动的数字，而第二个是要移动的长度。移动的方向根据操作符的不同而不同。
按位移动会先将操作数转换为大端 (big-endian) 表示的 32位整数； and return a result of the same type as the left operand (?)。右操作数应当小于 32，否则只有最低 5 个字节会被使用。
<< (左移)
该操作符会将第一个操作数向左移动指定的位数。向左被移出的位被丢弃，右侧用 0 补充。
For example, 9 << 2 yields 36:
. 9 (base 10): 00000000000000000000000000001001 (base 2)
--------------------------------
9 << 2 (base 10): 00000000000000000000000000100100 (base 2) = 36 (base 10)在数字 x 上左移 y 比特得到 x * 2y.
>> (有符号右移)
该操作符会将第一个操作数向右移动指定的位数。向右被移出的位被丢弃，拷贝最左侧的位以填充左侧。由于新的最左侧的位总是和以前相同，符号位没有被改变。所以被称作“符号传播”。
例如， 9 >> 2 得到 2:
. 9 (base 10): 00000000000000000000000000001001 (base 2)
--------------------------------
9 >> 2 (base 10): 00000000000000000000000000000010 (base 2) = 2 (base 10)相比之下，-9 >> 2得到 -3，因为符号被保留了。
. -9 (base 10): 11111111111111111111111111110111 (base 2)
--------------------------------
-9 >> 2 (base 10): 11111111111111111111111111111101 (base 2) = -3 (base 10)>>> (无符号右移)
该操作符会将第一个操作数向右移动指定的位数。向右被移出的位被丢弃，左侧用0填充。因为符号位变成了 0，所以结果总是非负的。（译注：即便右移 0 个比特，结果也是非负的。）
对于非负数，有符号右移和无符号右移总是返回相同的结果。例如， 9 >>> 2 得到 2 和 9 >> 2 相同：
. 9 (base 10): 00000000000000000000000000001001 (base 2)
--------------------------------
9 >>> 2 (base 10): 00000000000000000000000000000010 (base 2) = 2 (base 10)但是对于负数却不尽相同。-9 >>> 2产生 1073741821 这和-9 >> 2不同：
. -9 (base 10): 11111111111111111111111111110111 (base 2)
--------------------------------
-9 >>> 2 (base 10): 00111111111111111111111111111101 (base 2) = 1073741821 (base 10)示例
例子：标志位与掩码
位运算经常被用来创建、处理以及读取标志位序列——一种类似二进制的变量。虽然可以使用变量代替标志位序列，但是这样可以节省内存（1/32）。
例如，有 4 个标志位：
- 标志位 A：我们有 ant
- 标志位 B：我们有 bat
- 标志位 C：我们有 cat
- 标志位 D：我们有 duck
标志位通过位序列 DCBA 来表示。当一个位被置位 (set) 时，它的值为 1 。当被清除 (clear) 时，它的值为 0 。例如一个变量flags的二进制值为 0101：
var flags = 5; // binary 0101这个值表示：
- 标志位 A 是 true （我们有 ant）；
- 标志位 B 是 false （我们没有 bat）；
- 标志位 C 是 true （我们有 cat）；
- 标志位 D 是 false （我们没有 duck）；
因为位运算是 32 位的， 0101 实际上是 00000000000000000000000000000101。因为前面多余的 0 没有任何意义，所以他们可以被忽略。
掩码 (bitmask) 是一个通过与/或来读取标志位的位序列。典型的定义每个标志位的原语掩码如下：
var FLAG_A = 1; // 0001
var FLAG_B = 2; // 0010
var FLAG_C = 4; // 0100
var FLAG_D = 8; // 1000新的掩码可以在以上掩码上使用逻辑运算创建。例如，掩码 1011 可以通过 FLAG_A、FLAG_B 和 FLAG_D 逻辑或得到：
var mask = FLAG_A | FLAG_B | FLAG_D; // 0001 | 0010 | 1000 => 1011某个特定的位可以通过与掩码做逻辑与运算得到，通过与掩码的与运算可以去掉无关的位，得到特定的位。例如，掩码 0100 可以用来检查标志位 C 是否被置位：
// if we own a cat
if (flags & FLAG_C) { // 0101 & 0100 => 0100 => true
// do stuff
}一个有多个位被置位的掩码表达任一/或者的含义。例如，以下两个表达是等价的：
// if we own a bat or we own a cat
// (0101 & 0010) || (0101 & 0100) => 0000 || 0100 => true
if ((flags & FLAG_B) || (flags & FLAG_C)) {
// do stuff
}// if we own a bat or cat
var mask = FLAG_B | FLAG_C; // 0010 | 0100 => 0110
if (flags & mask) { // 0101 & 0110 => 0100 => true
// do stuff
}可以通过与掩码做或运算设置标志位，掩码中为 1 的位可以设置对应的位。例如掩码 1100 可用来设置位 C 和 D：
// yes, we own a cat and a duck
var mask = FLAG_C | FLAG_D; // 0100 | 1000 => 1100
flags |= mask; // 0101 | 1100 => 1101可以通过与掩码做与运算清除标志位，掩码中为 0 的位可以设置对应的位。掩码可以通过对原语掩码做非运算得到。例如，掩码 1010 可以用来清除标志位 A 和 C ：
// no, we don't have an ant problem or own a cat
var mask = ~(FLAG_A | FLAG_C); // ~0101 => 1010
flags &= mask; // 1101 & 1010 => 1000如上的掩码同样可以通过 ~FLAG_A & ~FLAG_C 得到（德摩根定律）：
// no, we don't have an ant problem, and we don't own a cat
var mask = ~FLAG_A & ~FLAG_C;
flags &= mask; // 1101 & 1010 => 1000标志位可以使用异或运算切换。所有值为 1 的为可以切换对应的位。例如，掩码 0110 可以用来切换标志位 B 和 C：
// if we didn't have a bat, we have one now,
// and if we did have one, bye-bye bat
// same thing for cats
var mask = FLAG_B | FLAG_C;
flags = flags ^ mask; // 1100 ^ 0110 => 1010最后，所有标志位可以通过非运算翻转：
// entering parallel universe...
flags = ~flags; // ~1010 => 0101转换片段
var sBinString = '1011';
var nMyNumber = parseInt(sBinString, 2);
alert(nMyNumber); // prints 11, i.e. 1011var nMyNumber = 11;
var sBinString = nMyNumber.toString(2);
alert(sBinString); // prints 1011, i.e. 11自动化掩码创建
如果你需要从一系列的 Boolean 值创建一个掩码，你可以：
function createMask() {
var nMask = 0, nFlag = 0, nLen = arguments.length > 32 ? 32 : arguments.length;
for (nFlag; nFlag < nLen; nMask |= arguments[nFlag] << nFlag++);
return nMask;
}
var mask1 = createMask(true, true, false, true); // 11, i.e.: 1011
var mask2 = createMask(false, false, true); // 4, i.e.: 0100
var mask3 = createMask(true); // 1, i.e.: 0001
// etc.
alert(mask1); // prints 11, i.e.: 1011逆算法：从掩码得到布尔数组
function arrayFromMask(nMask) {
// nMask must be between -2147483648 and 2147483647
if (nMask > 0x7fffffff || nMask < -0x80000000) {
throw new TypeError('arrayFromMask - out of range');
}
for (var nShifted = nMask, aFromMask = []; nShifted;
aFromMask.push(Boolean(nShifted & 1)), nShifted >>>= 1);
return aFromMask;
}
var array1 = arrayFromMask(11);
var array2 = arrayFromMask(4);
var array3 = arrayFromMask(1);
alert('[' + array1.join(', ') + ']');
// prints "[true, true, false, true]", i.e.: 11, i.e.: 1011你可以同时测试以上两个算法……
var nTest = 19; // our custom mask
var nResult = createMask.apply(this, arrayFromMask(nTest));
alert(nResult); // 19
仅仅由于教学目的 （因为有 Number.toString(2) 方法），我们展示如何修改 arrayFromMask 算法通过 Number 返回二进制的 String，而非 Boolean Array：
function createBinaryString(nMask) {
// nMask must be between -2147483648 and 2147483647
for (var nFlag = 0, nShifted = nMask, sMask = ''; nFlag < 32;
nFlag++, sMask += String(nShifted >>> 31), nShifted <<= 1);
return sMask;
}
var string1 = createBinaryString(11);
var string2 = createBinaryString(4);
var string3 = createBinaryString(1);
alert(string1);
// prints 00000000000000000000000000001011, i.e. 11规范
Specification | Status | Comment |
|---|---|---|
ECMAScript 1st Edition (ECMA-262) | Standard | Initial definition. |
ECMAScript 5.1 (ECMA-262) | Standard | Defined in several sections of the specification: Bitwise NOT operator, Bitwise shift operators, Binary bitwise operators |
ECMAScript 2015 (6th Edition, ECMA-262) | Standard | Defined in several sections of the specification: Bitwise NOT operator, Bitwise shift operators, Binary bitwise operators |
ECMAScript Latest Draft (ECMA-262) | Living Standard | Defined in several sections of the specification: Bitwise NOT operator, Bitwise shift operators, Binary bitwise operators |
浏览器兼容性
Feature | Chrome | Edge | Firefox (Gecko) | Internet Explorer | Opera | Safari |
|---|---|---|---|---|---|---|
Bitwise NOT (~) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) |
Bitwise AND (&) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) |
Bitwise OR (|) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) |
Bitwise XOR (^) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) |
Left shift (<<) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) |
Right shift (>>) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) |
Unsigned right shift (>>>) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) |
Feature | Android | Chrome for Android | Edge | Firefox Mobile (Gecko) | IE Mobile | Opera Mobile | Safari Mobile |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
Bitwise NOT (~) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) |
Bitwise AND (&) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) |
Bitwise OR (|) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) |
Bitwise XOR (^) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) |
Left shift (<<) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) |
Right shift (>>) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) |
Unsigned right shift (>>>) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) | (Yes) |
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