理解 C# 中的二進制 NOT 運算

介紹二進位 NOT

Tim Corey首先解釋這個影片是C#二進位探討系列的一部分。 這堂課是系列中的第七個專注於二進位 NOT 運算子（~）。 他強調這將是一次快速的課程，時間控制在十分鐘內，使其易於理解和掌握。

建立程式碼

Tim調整了初始程式碼以提高可讀性。 他使用冒號（:）和變數名稱在末尾，而不是手動格式化二進位值，以確保清晰。 這樣，數值的二進位表示始終位於開頭，方便進行比較。

他首先宣告一個整數變數：

// Declare an integer variable and assign it the value of 1.
int value = 1;

// Declare an integer variable and assign it the value of 1.
int value = 1;

這設定了一個簡單的情境，可以應用NOT運算子。

使用二進位 NOT 運算子

Tim介紹了~運算子並展示了其語法：

// Apply the Binary NOT operator to flip all bits of the integer 'value'.
int notValue = ~value;

// Apply the Binary NOT operator to flip all bits of the integer 'value'.
int notValue = ~value;

他指出在大多數鍵盤上，波浪號（~）位於左上角，Escape鍵下方，1鍵旁邊。 他澄清這不同於驚嘆號（!），通常稱為"Bang符號"。波浪號進行位元否定，而驚嘆號用於邏輯否定。

NOT 運算子做什麼？

Tim解釋說NOT運算子翻轉數字二進位表示中的所有位元。 這意味著：

• 1 變成 0
• 0 變成 1

對一個數字應用~會產生其位元補數。 他複製控制台輸出以觀察結果。

觀察輸出

Tim執行程式並指出結果看起來比預期要長得多。 例如，若值為1，輸出不僅是0，而是更長的1序列後接翻轉位元。 他指出~1的結果是：

// Observed output for ~1
11111111111111111111111111111110

// Observed output for ~1
11111111111111111111111111111110

為什麼會這樣？

理解32位元表示

Tim解釋這種行為發生是因為C#使用32位元帶符號整數（int）。 由於在C#中整數實際上是Int32，它由32位元組成。 進行NOT操作時，所有32位元都被翻轉，而不僅僅是1的單位元表示。

為了更清楚地表達這一點，他調整了輸出格式以顯示32位元：

// Convert the result of the NOT operation to a binary string representation,
// pad it to 32 bits, and print it.
Console.WriteLine(Convert.ToString(notValue, 2).PadLeft(32, '0'));

// Convert the result of the NOT operation to a binary string representation,
// pad it to 32 bits, and print it.
Console.WriteLine(Convert.ToString(notValue, 2).PadLeft(32, '0'));

這顯示完整的二進位表示，更容易看到所有位元如何被翻轉。

NOT 為什麼重要？

此時，Tim針對問題：為什麼NOT運算子有用？ 他暗示，它的價值在於與其他位元操作一起工作時更為明顯，例如：

• 位元遮罩：選擇性地保留或移除位元。
• 清除位元：重設二進位數中的特定位元。
• 高效計算：進行低層次的記憶體和速度優化。

邁向更高階的操作

Tim強調，在進行更複雜的二進位操作之前，理解像NOT這樣的基礎概念很重要。 他確保觀眾，一旦掌握二進位操作，他們將看到這些操作的強大和效率。 二進位操作允許開發者：

• 優化記憶體使用。
• 使用最少的處理能力執行操作。
• 有效地控制數字內的個別位元。

展望未來

Tim總結時暗示下一課將專注於 使用NOT運算子和其他位元技巧清除特定位元。 他強調掌握這些基礎對於有效使用C#中的二進位很關鍵。

結論

Tim Corey提供了一個清晰且實用的C#中的二進位NOT運算子的解釋。 通過翻轉數字的全部位元，~ 是操作位元層的重要工具。 理解這個運算子為更多高階二進位操作如位元遮罩和位元移位奠定基礎。 如果您正在進行低層次程式設計或優化性能，這是一個需要掌握的重要概念。

欲了解更多見解，請查看Tim Corey's完整 影片 和他的C#二進位系列！