在C ++中对布尔值使用按位运算符


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是否有任何理由不对C ++中的“布尔”值使用按位运算符&,|和^?

有时我遇到两种情况,我希望精确地满足两个条件之一(XOR),因此我只是将^运算符放入条件表达式中。有时我还希望评估条件的所有部分,无论结果是否正确(而不是短路),因此我使用&和|。有时我还需要累积布尔值,并且&=和| =可能非常有用。

在执行此操作时,我有些挑剔,但是代码仍然比其他代码有意义且更简洁。有没有理由不将其用于布尔?是否有任何现代编译器为此带来不好的结果?


如果从提出这个问题以来您已经对C ++有了足够的了解,那么您应该回来并且不接受当前的答案,并接受Patrick Johnmeyer的答案来正确解释短路差异。
codetaku

总的说来,因为人们质疑这是否是一个好主意。如果您关心单元测试的分支覆盖范围,那么减少分支是可取的。按位运算符对此很有用。
qznc

Answers:


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||并且&&是布尔运算符,并且内置运算符保证返回truefalse。没有其他的。

|&并且^是位运算符。当您操作的数字的域仅是1和0时,它们是完全相同的,但是在布尔值不是严格地为1和0的情况下(例如C语言),您可能会遇到一些问题你不想。例如:

BOOL two = 2;
BOOL one = 1;
BOOL and = two & one;   //and = 0
BOOL cand = two && one; //cand = 1

但是,在C ++中,bool保证类型只能是atrue或a false(分别隐式地转换为1and 0),因此从这种立场开始不必担心,但事实是人们不习惯在代码中看到这种情况。提出不这样做的好理由。只是说完b = b && x就做。


在C ++中,没有逻辑异或运算符^^这样的东西。对于两个参数,布尔值!=都具有相同的作用,但是如果两个参数都不是布尔值,则可能会很危险(因为将^用于逻辑xor)。不确定这是如何被接受的...
Greg Rogers

1
回想起来,那真是愚蠢。无论如何,将示例更改为&&以解决问题。我发誓我过去曾经使用过^^,但事实并非如此。
Patrick

自10年以来,C的布尔类型只能为0或1。_Bool
Johannes Schaub-litb

16
即使对于傻瓜来说,它们仍然是不一样的,因为它们不会缩短
回圈

3
是的,我坚信只有在将“当您操作的数字域仅为1和0时,它们完全相同”更改为“当您正在操作的数字域仅为1时”,该答案才应该被接受。和0,唯一的区别是按位运算符不会短路。” 前一个陈述完全是错误的,因此与此同时,由于这个句子包含了该句子,因此我对此投票表示反对。
codetaku

32

两个主要原因。简而言之,请仔细考虑。这样做可能有充分的理由,但是如果您的注释中有非常明确的内容,因为它可能很脆弱,而且就像您自己说的那样,人们通常不习惯看到这样的代码。

按位异或!=逻辑异或(0和1除外)

首先,如果您要对false和和true(或01,作为整数)以外的值进行^运算,则运算符可以引入不等于逻辑异或的行为。例如:

int one = 1;
int two = 2;

// bitwise xor
if (one ^ two)
{
  // executes because expression = 3 and any non-zero integer evaluates to true
}

// logical xor; more correctly would be coded as
//   if (bool(one) != bool(two))
// but spelled out to be explicit in the context of the problem
if ((one && !two) || (!one && two))
{
  // does not execute b/c expression = ((true && false) || (false && true))
  // which evaluates to false
}

感谢用户@Patrick首次表达了这一点。

操作顺序

二是|&^,如位运算符,不会短路。此外,可以通过优化编译器对在单个语句中链接在一起的多个按位运算符(即使带有显式括号)进行重新排序,因为所有这3个操作通常都是可交换的。如果操作顺序很重要,则这一点很重要。

换一种说法

bool result = true;
result = result && a() && b();
// will not call a() if result false, will not call b() if result or a() false

不会总是给出与以下结果相同的结果(或最终状态)

bool result = true;
result &= (a() & b());
// a() and b() both will be called, but not necessarily in that order in an
// optimizing compiler

这一点特别重要,因为您可能无法控制方法a()b(),或者其他人可能后来出现并在不了解依赖项的情况下对其进行了更改,并导致了令人讨厌的(通常仅是发布和构建)错误。


如果在一种情况下而不是在另一种情况下都转换为bool,这不是一个公平的比较。在这两种情况下,转换为bool都是使其工作的原因,以及它为什么脆弱的原因(因为您必须记住它)。
格雷格·罗杰斯

短路的解释是为什么这应该绝对是公认的答案;为什么?帕特里克(Patrick)的答案(错误……另一位叫帕特里克(Patrick)的帕特里克(Patrick))完全错误地说:“当您操作的数字的域只有1和0时,它们是完全相同的”
codetaku

13

我认为

a != b

是你想要的


1
的确是+1。但是没有这个运算符的赋值版本(可以!==这么说),因此,如果要计算bool值序列的XOR,则需要acc = acc!= condition(i);在循环主体中编写。编译器可能可以像处理!==现有代码一样有效地处理它,但是有些人可能会发现它看起来并不好,并且倾向于将布尔值添加为整数,然后测试总和是否为奇数。
Marc van Leeuwen

10

扬起的眉毛应该告诉你足以停止这样做。您无需为编译器编写代码,而是先为其他程序员编写代码,然后再为编译器编写代码。即使编译器正常工作,也不会让其他人感到惊讶-按位运算符是针对位操作而不是布尔值。
我想你也用叉子吃苹果吗?它可以工作,但会让人们感到惊讶,因此最好不要这样做。


3
是的,这应该是最佳答案。遵循最少惊奇的原则。做不寻常事情的代码更难阅读和理解,并且阅读的频率远远高于编写的频率。不要使用像这样的可爱技巧。
Eloff 2014年

1
我在这里是因为我的同事对布尔使用了按位“和”运算符。现在,我正在花时间尝试了解这是否正确。如果他不这样做,我现在会做些更有用的事情-_-。如果您珍惜同事的时间,请不要对布尔使用按位运算符!
anton_rh '17

7

位级运算符的缺点。

你问:

“有什么理由不使用的位运算符&|以及^对‘用C布尔’值++?”

是的,逻辑运算符,也就是内置的高级别布尔运算符!&&并且||,具有以下优点:

  • 保证的参数转换bool,即01序数值。

  • 保证短路评估,一旦知道最终结果,表达式评估就会停止。
    这可以解释为具有TrueFalseIndeterminate的树值逻辑。

  • 可读文本等价物notand并且or,即使我不使用他们自己。
    作为评论的读者锑笔记也是位级运营商的替代标记,即bitandbitorxorcompl,但在我看来,这些都是小于可读性andornot

简而言之,高级运算符的每个此类优点都是位级运算符的缺点。

特别是,由于按位运算符缺少将参数转换为0/1的功能,因此可以得到1 & 20,而1 && 2true。此外^,按位异或也可能以这种方式出现错误。被视为布尔值1和2相同,即true,但视为位模式,它们是不同的。


如何在C ++中表达逻辑

然后,您为问题提供了一些背景知识,

“有时我遇到两种情况,我希望精确地满足两个条件之一(XOR),因此我只是将^运算符放入条件表达式中。”

好吧,按位运算符的优先级高于逻辑运算符。这尤其意味着在诸如

a && b ^ c

您可能会得到意想不到的结果a && (b ^ c)

而是只写

(a && b) != c

更简洁地表达您的意思。

对于多参数,要么/或者没有C ++运算符执行该工作。例如,如果您编写的代码a ^ b ^ c不是,则该表达式不是说“或者ab或者c是true”。相反,它说,“一个奇数ab而且c是真正的”,这可能是他们或所有3的1 ...

要表示一般的“或”或“何时abc“类型” bool,只需编写

(a + b + c) == 1

或者,使用非bool参数将其转换为bool

(!!a + !!b + !!c) == 1


利用&=积累的布尔结果。

您进一步阐述,

“有时我还需要累积布尔值,&=并且|=?可能非常有用。”

好吧,这相当于分别检查是否满足所有条件或任何条件,并且摩根定律告诉您如何从一个条件转到另一个条件。即,您只需要其中之一。你可以在原则上使用*=&&=-运算符(如良好的老乔治·布尔发现,逻辑,并且可以很容易地表示为乘法),但我认为,这将困扰和代码可能误导维护者。

还请考虑:

struct Bool
{
    bool    value;

    void operator&=( bool const v ) { value = value && v; }
    operator bool() const { return value; }
};

#include <iostream>

int main()
{
    using namespace std;

    Bool a  = {true};
    a &= true || false;
    a &= 1234;
    cout << boolalpha << a << endl;

    bool b = {true};
    b &= true || false;
    b &= 1234;
    cout << boolalpha << b << endl;
}

使用Visual C ++ 11.0和g ++ 4.7.1的输出:

真正
假

结果不同的原因是该位级别&=未提供bool其右侧参数的转换。

那么,您希望使用以下哪个结果&=

如果是前者,true则最好定义一个运算符(如上)或命名函数,或者使用右侧表达式的显式转换,或者完整编写更新。


按位运算符也具有文本等效项

@Antimony:我不明白在:第一,发表评论,但肯定的,位级操作具有替代令牌bitandbitorxorcompl。我认为这就是为什么我使用“可读”限定词的原因。当然,例如的可读性compl 42是主观的。;-)
干杯和hth。-阿尔夫2014年

据我所知,逻辑运算符可以重载其他参数类型(尽管通常不会),因此第一点“保证将参数转换为bool”只是约定的结果,并不保证C ++语言实际上会您。
Marc van Leeuwen

@MarcvanLeeuwen:可能您的可视子系统没有注意到“内置的高级布尔运算符!,&&和||”。没错,这些运算符可以重载,然后一个主要问题是语义会微妙地更改,不再需要短路评估。但这是过载的问题,而不是内置运算符。
干杯和健康。-Alf 2016年

是的(我确实很想念)。但是,该语句仍然具有误导性,因为您只是在说那些运算符采用布尔型参数。当(且仅当)选择了运算符的内置版本时,编译器将插入参数的转换。类似地,内置的(高级)无符号整数加法运算符+保证将其参数转换为unsigned,但这并不能阻止unsigned int n=-1; n+=3.14;实际使用double(或它float?)加法运算。(比较您的&=示例。)
Marc van Leeuwen

3

与Patrick的答案相反,C ++没有^^运算符来执行短路异或运算。如果再三思索一下,那么^^无论如何都没有一个运算符:使用“异或”运算符,结果始终取决于两个操作数。不过,帕特里克关于非警告bool“布尔”类型的比较时持有同样1 & 21 && 2。WindowsGetMessage()函数就是一个典型的例子,它返回三态BOOL:非零0,或-1

使用&而不是&&|代替||不是很常见的错别字,因此,如果您故意这样做,则应在注释中说明原因。


6
一个^^运营商仍然是有用的,无论短路的考虑。它将一)评估操作数在布尔环境和b)保证返回1或0
克雷格·麦昆

@CraigMcQueen。定义inline bool XOR(bool a,bool b) { return a!=b; }和获取所需内容很简单,只是它是一个函数而不是(中缀)运算符。或者,您可以直接使用!=或重载其他具有此含义的运算符,但是当然您需要非常小心,以免意外使用相同名称的意外重载。并且顺便||&&返回trueor false,而不是1or 0
Marc van Leeuwen

它似乎是一个事实!||&&在布尔环境评估他们的论据是唯一的,因为这些运营商很少重载接受其他类型的; 据我所知,该语言确实允许此类重载,因此不能保证在布尔上下文中评估参数。
Marc van Leeuwen

2

帕特里克(Patrick)提出了要点,我不再重复。但是我可能会建议通过使用命名良好的布尔变量来尽可能地将'if'语句简化为可读的英语,例如,这是使用布尔运算符,但您也可以使用按位并适当地命名布尔值:

bool onlyAIsTrue = (a && !b); // you could use bitwise XOR here
bool onlyBIsTrue = (b && !a); // and not need this second line
if (onlyAIsTrue || onlyBIsTrue)
{
 .. stuff ..
}

您可能会认为使用布尔值似乎是不必要的,但这在两个主要方面有帮助:

  • 您的代码更容易理解,因为'if'条件的中间布尔值使条件的意图更加明确。
  • 如果您使用的是非标准或意外的代码(例如布尔值的按位运算符),人们可以更轻松地了解执行此操作的原因。

编辑:您没有明确表示您想要'if'语句的条件(尽管这似乎很有可能),这是我的假设。但是我对中间布尔值的建议仍然存在。


1

对布尔使用按位运算有助于处理器节省不必要的分支预测逻辑,这是由逻辑运算引入的“ cmp”指令导致的。

用按位运算(所有操作数均为bool)替换逻辑会生成提供相同结果的更有效代码。理想情况下,效率应超过使用逻辑运算进行订购时可以利用的所有短路优势。

尽管程序员应该以注释的理由来注释它,但这可能会使代码有点不可读。


0

IIRC,许多C ++编译器会在尝试将按位运算的结果强制转换为布尔值时发出警告。您必须使用类型强制转换才能使编译器满意。

在if表达式中使用按位运算将引起相同的批评,尽管编译器可能不会这样做。任何非零值都将被视为true,因此“ if(7&3)”之类的值将为true。这种行为在Perl中是可以接受的,但是C / C ++是非常明确的语言。我认为Spock的眉毛是尽职调查。:)我将附加“ == 0”或“!= 0”以使其完全清楚您的目标是什么。

但是无论如何,这听起来像是个人喜好。我将通过lint或类似工具运行代码,看看它是否还认为这是不明智的策略。就个人而言,它读起来就像是一个编码错误。


您的帖子激励我进行测试,而gcc并未发出警告!Bummer,因为我将使用该警告来证明让我运行&=来累积布尔结果,因此相信其他人在以后更改我的测试时会看到该警告。我的代码对于整数也将失败,因为它们的取值为0 / false-没有警告!重构的时间……
贤者,
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