学习 C#

了解 C# 中的二进制 XOR 操作符

Tim Corey

5m 54s

二进制操作是编程的重要组成部分，尤其是在处理底层优化和位操作时。其中一个操作是排他 OR (XOR) 操作符。在本文中，我们将跟随 Tim Corey 的视频"The Binary XOR Operator in 10 Minutes or Less."来探索 C# 的二进制 XOR 运算符。

Tim 的视频对 XOR、其语法及其实际应用进行了出色的分解。下面，我们将分析他的解释和示例，同时引用具体的时间戳以方便参考。

XOR 简介

Tim 在视频开头提到，这是他的 "理解 C# 中的二进制 "系列的一部分，特别是第九课。他解释说，在这一课中，他将讲授排他 OR (XOR) 运算符的工作原理，以及它如何在各种场景中发挥作用。

XOR 运算符语法和基本解释

Tim 引入了两个值 1 和 2，并将它们打印到控制台以供参考。他删除了 32 位表示法，将重点放在标准的 8 位二进制表示法上。

在 0:31 处，他解释了 XOR 在 C# 中用护理符号 (^) 表示。他提醒观众：

AND 运算符 (&) 需要两个位都为 1 才能返回 1。
OR 运算符 (|如果至少有一个位为 1，则返回 1。
XOR 运算符 (^) 只有在两个位中有一个位为 1 时才返回 1，而不是两个位都为 1。

Tim 进一步解释了每个位比较的规则：

-1 XOR 0 = 1 -0 XOR 1 = 1 -1 XOR 1 = 0 -0 XOR 0 = 0

这意味着 XOR 是两个值之间的差异检测器。

在C#代码中演示XOR

Tim 通过定义一个 uint 变量，该变量保存两个值按位异或的结果，转到一个实际的例子：

// Define two sample values
uint val1 = 0b0001;  // 1 in decimal
uint val2 = 0b0010;  // 2 in decimal

// Perform XOR operation between val1 and val2
uint result = val1 ^ val2;

// Print the resultant binary value of XOR operation
Console.WriteLine(Convert.ToString(result, toBase: 2).PadLeft(8, '0'));

// Define two sample values
uint val1 = 0b0001;  // 1 in decimal
uint val2 = 0b0010;  // 2 in decimal

// Perform XOR operation between val1 and val2
uint result = val1 ^ val2;

// Print the resultant binary value of XOR operation
Console.WriteLine(Convert.ToString(result, toBase: 2).PadLeft(8, '0'));

' Define two sample values
Dim val1 As UInteger = &B0001 ' 1 in decimal
Dim val2 As UInteger = &B0010 ' 2 in decimal

' Perform XOR operation between val1 and val2
Dim result As UInteger = val1 Xor val2

' Print the resultant binary value of XOR operation
Console.WriteLine(Convert.ToString(result, toBase:=2).PadLeft(8, "0"c))

' Define two sample values
Dim val1 As UInteger = &B0001 ' 1 in decimal
Dim val2 As UInteger = &B0010 ' 2 in decimal

' Perform XOR operation between val1 and val2
Dim result As UInteger = val1 Xor val2

' Print the resultant binary value of XOR operation
Console.WriteLine(Convert.ToString(result, toBase:=2).PadLeft(8, "0"c))

然后，他将结果打印到控制台并记录输出：

0000 0011

0000 0011

Text

该输出突出表明，XOR 只保留其中一个原始值为 1 的位，而不是两个原始值都为 1 的位。

使用 XOR 进行值比较

Tim 现在演示 XOR 的一个实际用途：检查两个值是否相同。

在3:00时，他修改了数值，使 val1 和 val2 完全相同：

// Initialize val1 and val2 to the same value
uint val1 = 0b10011001;
uint val2 = 0b10011001;

// Perform XOR operation to check for identical values
uint result = val1 ^ val2;

// Output will be zero if both values are identical
Console.WriteLine(Convert.ToString(result, toBase: 2).PadLeft(8, '0'));

// Initialize val1 and val2 to the same value
uint val1 = 0b10011001;
uint val2 = 0b10011001;

// Perform XOR operation to check for identical values
uint result = val1 ^ val2;

// Output will be zero if both values are identical
Console.WriteLine(Convert.ToString(result, toBase: 2).PadLeft(8, '0'));

' Initialize val1 and val2 to the same value
Dim val1 As UInteger = &B10011001UI
Dim val2 As UInteger = &B10011001UI

' Perform XOR operation to check for identical values
Dim result As UInteger = val1 Xor val2

' Output will be zero if both values are identical
Console.WriteLine(Convert.ToString(result, 2).PadLeft(8, "0"c))

' Initialize val1 and val2 to the same value
Dim val1 As UInteger = &B10011001UI
Dim val2 As UInteger = &B10011001UI

' Perform XOR operation to check for identical values
Dim result As UInteger = val1 Xor val2

' Output will be zero if both values are identical
Console.WriteLine(Convert.ToString(result, 2).PadLeft(8, "0"c))

当他执行 XOR 运算时，结果是

0000 0000

0000 0000

Text

蒂姆解释说，XOR 结果为 0 表示值完全相同。这使得 XOR 成为比较两个数字是否相等的快速方法。

XOR 用于识别差异

在4:00时，Tim 展示了另一个 val1 和 val2 略有不同的案例。这一次，XOR 产生了非零结果，表明值之间存在差异。

这种方法在有效比较大的二进制值时非常有用，因为 XOR 只需一步就能突出差异。

在没有临时变量的情况下交换两个变量的 XOR.

蒂姆介绍了一个经典的编程技巧：在不使用临时变量的情况下交换两个数字。

在5:40时，他挑战观众在不声明额外变量的情况下交换 val1 和 val2。该解决方案使用了三次 XOR：

// Original values
uint val1 = 0b0010; // 2 in decimal
uint val2 = 0b0100; // 4 in decimal

// Swap the values using XOR
val1 = val1 ^ val2;
val2 = val1 ^ val2;
val1 = val1 ^ val2;

// After swap: val1 = 4, val2 = 2
Console.WriteLine($"val1: {val1}, val2: {val2}");

// Original values
uint val1 = 0b0010; // 2 in decimal
uint val2 = 0b0100; // 4 in decimal

// Swap the values using XOR
val1 = val1 ^ val2;
val2 = val1 ^ val2;
val1 = val1 ^ val2;

// After swap: val1 = 4, val2 = 2
Console.WriteLine($"val1: {val1}, val2: {val2}");

' Original values
Dim val1 As UInteger = &B0010 ' 2 in decimal
Dim val2 As UInteger = &B0100 ' 4 in decimal

' Swap the values using XOR
val1 = val1 Xor val2
val2 = val1 Xor val2
val1 = val1 Xor val2

' After swap: val1 = 4, val2 = 2
Console.WriteLine($"val1: {val1}, val2: {val2}")

' Original values
Dim val1 As UInteger = &B0010 ' 2 in decimal
Dim val2 As UInteger = &B0100 ' 4 in decimal

' Swap the values using XOR
val1 = val1 Xor val2
val2 = val1 Xor val2
val1 = val1 Xor val2

' After swap: val1 = 4, val2 = 2
Console.WriteLine($"val1: {val1}, val2: {val2}")

他介绍了整个过程：

val1 存储了 val1 ^ val2 ，这意味着它现在包含了两者的组合值。
val2 通过再次与 val1 执行异或运算更新，仅留下原始的 val1 值。
val1 再次被异或，仅留下原始的 val2 值。

在7:30时，Tim 打印交换后的值，并确认 val1 和 val2 已成功交换值。

了解二进制表示法中的 XOR.

为了加深理解，Tim 运行了二进制版本的交换操作，展示了每个 XOR 步骤对比特的影响。他强调，只有在必要时，每个比特才会翻转，因此 XOR 是一种高效的数值交换方式。

结论

最后，Tim 强化了核心要点：

XOR 返回 1 只有当其中一个比特正好为 1 时。
它可用于高效地比较数值。
它有助于在没有第三个变量的情况下交换两个值，使其成为编码挑战中的一个便捷技巧。

他鼓励观众尝试使用 XOR，并将其应用到实际问题中，以加深理解。

最后的想法

Tim Corey 的视频对 C# 中的 XOR 进行了出色而简明的分解。通过一步一步地举例说明，他展示了运算符在比较、差异甚至值交换方面的实用性。

如果您对二进制操作或位运算技巧感兴趣，这是一个必须观看的视频，可以加强您对 C# 二进制操作的理解。

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XOR 用于识别差异

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