Perl中的位操作入门
2024-05-21 21:19:37 
阿炯
Perl提供了几种处理二进制数据的方法，与C语言中的位操作符类似。
The bitwise operators &, |, and ~.
The pack and unpack functions.
The vec function.
用法示例
my $mask = 1 << 3; # 0x0008
$value |= $mask; # set bit
$value &= ~$mask; # clear bit
if ($value & $mask) # check bit
vec is designed for use with bit vectors(Each element has the same size, which must be a power of two). It could work here as well:
vec($value, 3, 1) = 1; # set bit
vec($value, 3, 1) = 0; # clear bit
if (vec($value, 3, 1)) # check bit
位操作并不是一个真正的Perl特定主题，但对于刚开始编程的人来说这仍然是一个问题。
有4种位运算：'and'，'or'，'xor'，'inverse'，在Perl中可以作为字符运算符&，|，^和~来对照使用，因为它们不会与实际的and，or和not逻辑运算符相混淆，因为前者的操作符是用于位操作运算，所以它们对数字中的单个位有效，在Perl中它们也神奇地对字符串中的所有位有效。
除了反(inverse)运算，其它还需要两个也称为操作数的参数，一个左操作数和一个右操作数。因为这些操作中的哪一个是右边还是左边都不重要，所以它们会产生相反的相同结果，而inverse只需要一个操作数。
运算符：AND（&）
这是需要知道两个项目是否都是真的时使用的运算符，位中的true和false通常分别为1和0或on和off。
因此，如果有数字234和15，在比特表示11101010和00001111中，做运算(234 & 15)：将左操作数中的每个位与右操作数中相应的位进行比较，因此结果是00001010或十进制的10。
以字符为例，我们有一个'A'和'a'，分别是ASCII中的01000001和01100001。如果对其进行&运算将得到01000001或'A'：
ord("a") & ord("A");
运算符：OR（|）
此运算符检查右操作数或左操作数是否为true，或者它们是否都为true。因此，只有当两个操作数都为false时，这才是false。
再以上面的例子对234和15 或 11101010和00001111进行'|'运算，结果是11101111或239。以ASCII中的'A'和'a'或01000001和01100001为例，结果为01100001或'A'。
运算符：NOT（~）
反运算符只接受一个参数，并简单地反转所有位。因此，所有真值变为假，所有假值变为真。
这个操作符实际上也被称为not操作符，但大多数人将其与其他同名操作符联系在一起，!操作事实上，~是“位”非运算符。这个运算符用于将真值反转为假值，而不是实际查看特定的位。Perl也是这样做的，其他一切都会让人大吃一惊，想象一下如果!"1"，按位执行后1是00110001，所以!"1"应为11001110，在iso8859-1中为“LATIN CAPITAL LETTER I WITH CIRCUMFLEX”。。。但是在perl中!"1"为0，因此为false。为了进一步混淆这一点，~也被称为（1's）补码运算符，或逐位否定运算符。
与想象的不同，~234不是00010101，而是11111111111111111111111100010101…这只是因为Perl对数字的表示比简单的8位长得多。此外，这是在我的机器和我编译的Perl版本上，在其他机器平台上它可能会更长。
运算符：XOR（^）
XOR运算符与公共语言中已知的其他运算符不同，主要是因为它是由更多运算组成的。其表示异或，在其他位运算中表示为(a&~b)|(~a&b)。
另外还有两个位的操作符：<<、>>，用于移位操作：
my $high_bit_set = 1 << 8; # 0b1000_0000
my $second_byte = 0xFF << 8; # 0x00_00_FF_00
布尔运算符
布尔运算符(! not；&& and；|| or)与逐位运算符非常相似。已经看了!运算符，它将真值转换为假值，将假值转换为真值。因此，实际上就好像我们将整个表达式转换为一个位并反转该位。
&&通过计算左操作数来工作，当且仅当返回真值时，计算右操作数并返回结果。||工作原理类似，但仅在右操作数为false时计算左操作数。因此与它们的按位操作不同，操作数的排序在这里很重要：$a && $b/$a if $a is 0...
不应该将and运算符与&运算符混淆，这是因为和与&&相同。相同的适用于或与||相同的!，事实并非如此。不同之处在于，命名版本的前缀较低，这意味着当Perl查看代码时，隐式括号的放置方式不同。
部分运算会对变量的运算产生影响(而这些运算是不容易被发现的)：
my ($a,$b) = (0) x 2;
my $c = $a++ && $b++; # only $a++ is evaluated
print "a = $a, b = $b, c = $c\n"; # prints "a = 1, b = 0, c = 0"
my ($a,$b) = (0) x 2;
$c = ++$a || ++$b; # only ++$a is evaluated
print "a = $a, b = $b\n"; # prints "a = 1, b = 0"
另外还有相关的位操作模块与函数：Bit::Vectors、Devel::Peek、Devel::Size、pack、unpack、vec函数
从C代码优化中移植到Perl下的一些优化：
[hto@yklin:~/freeoa]$ more bitopcmp1.pl
use v5.32;
use Time::HiRes qw(time);
#22-09-03
my ($a,$st)=(1234567,time());
say $a%8;
say "Div time used:".tdnum(time()-$st);
#bit and arithmetic
$st=time();
say $a&7;
say "Bca time used:".tdnum(time()-$st);
#
sub tdnum{
my $ino=shift;
return sprintf "%.7f",abs($ino);
}
一次结果
7
Div time used:0.0000391
7
Bca time used:0.0000060
使用位运算的结果还是比较明显。
尽管Perl基本上将开发者与计算机的物理细节隔离开来，但有时当数据以字节的形式出现时，仍然需要处理它们。或者，如果Perl的数据结构占用了太多的内存来解决所遇到的问题，可能希望将数据打包成位字符串，以避免Perl的内存损失。一旦有了这些比特，就可以用与其他语言相同的方式来处理它们。
perlop 文档中对 bitwise 操作符有说明，perlfunc 文档中包含了对内建函数vec的介绍。
参考来源
编程语言基础知识之位运算与位移动
Bit operations for beginners
Mastering Perl Chapter 16. Working with Bits
获取主机操作系统的部分运行信息，为一些计算打基础
以bytes为单位取得主机OS原生的shorts, ints, longs, and long longs长度：
$ perl -V:{short,int,long{,long}}size
shortsize='2';
intsize='4';
longsize='4';
longlongsize='8';
or programmatically via the Config module:
use Config;
print $Config{shortsize},"\n";
print $Config{intsize},"\n";
print $Config{longsize},"\n";
print $Config{longlongsize},"\n";
如果系统不支持long long类型则$Config{longlongsize}将会是undefined。
平台的端序(byteorder)：
use Config;
print "$Config{byteorder}\n";
$ perl -V:byteorder
Byteorders "1234" and "12345678" are little-endian; "4321" and "87654321" are big-endian.
The bitwise operators &, |, and ~.
The pack and unpack functions.
The vec function.
用法示例
my $mask = 1 << 3; # 0x0008
$value |= $mask; # set bit
$value &= ~$mask; # clear bit
if ($value & $mask) # check bit
vec is designed for use with bit vectors(Each element has the same size, which must be a power of two). It could work here as well:
vec($value, 3, 1) = 1; # set bit
vec($value, 3, 1) = 0; # clear bit
if (vec($value, 3, 1)) # check bit
位操作并不是一个真正的Perl特定主题，但对于刚开始编程的人来说这仍然是一个问题。
有4种位运算：'and'，'or'，'xor'，'inverse'，在Perl中可以作为字符运算符&，|，^和~来对照使用，因为它们不会与实际的and，or和not逻辑运算符相混淆，因为前者的操作符是用于位操作运算，所以它们对数字中的单个位有效，在Perl中它们也神奇地对字符串中的所有位有效。
除了反(inverse)运算，其它还需要两个也称为操作数的参数，一个左操作数和一个右操作数。因为这些操作中的哪一个是右边还是左边都不重要，所以它们会产生相反的相同结果，而inverse只需要一个操作数。
运算符：AND（&）
这是需要知道两个项目是否都是真的时使用的运算符，位中的true和false通常分别为1和0或on和off。
因此，如果有数字234和15，在比特表示11101010和00001111中，做运算(234 & 15)：将左操作数中的每个位与右操作数中相应的位进行比较，因此结果是00001010或十进制的10。
以字符为例，我们有一个'A'和'a'，分别是ASCII中的01000001和01100001。如果对其进行&运算将得到01000001或'A'：
ord("a") & ord("A");
运算符：OR（|）
此运算符检查右操作数或左操作数是否为true，或者它们是否都为true。因此，只有当两个操作数都为false时，这才是false。
再以上面的例子对234和15 或 11101010和00001111进行'|'运算，结果是11101111或239。以ASCII中的'A'和'a'或01000001和01100001为例，结果为01100001或'A'。
运算符：NOT（~）
反运算符只接受一个参数，并简单地反转所有位。因此，所有真值变为假，所有假值变为真。
这个操作符实际上也被称为not操作符，但大多数人将其与其他同名操作符联系在一起，!操作事实上，~是“位”非运算符。这个运算符用于将真值反转为假值，而不是实际查看特定的位。Perl也是这样做的，其他一切都会让人大吃一惊，想象一下如果!"1"，按位执行后1是00110001，所以!"1"应为11001110，在iso8859-1中为“LATIN CAPITAL LETTER I WITH CIRCUMFLEX”。。。但是在perl中!"1"为0，因此为false。为了进一步混淆这一点，~也被称为（1's）补码运算符，或逐位否定运算符。
与想象的不同，~234不是00010101，而是11111111111111111111111100010101…这只是因为Perl对数字的表示比简单的8位长得多。此外，这是在我的机器和我编译的Perl版本上，在其他机器平台上它可能会更长。
运算符：XOR（^）
XOR运算符与公共语言中已知的其他运算符不同，主要是因为它是由更多运算组成的。其表示异或，在其他位运算中表示为(a&~b)|(~a&b)。
另外还有两个位的操作符：<<、>>，用于移位操作：
my $high_bit_set = 1 << 8; # 0b1000_0000
my $second_byte = 0xFF << 8; # 0x00_00_FF_00
布尔运算符
布尔运算符(! not；&& and；|| or)与逐位运算符非常相似。已经看了!运算符，它将真值转换为假值，将假值转换为真值。因此，实际上就好像我们将整个表达式转换为一个位并反转该位。
&&通过计算左操作数来工作，当且仅当返回真值时，计算右操作数并返回结果。||工作原理类似，但仅在右操作数为false时计算左操作数。因此与它们的按位操作不同，操作数的排序在这里很重要：$a && $b/$a if $a is 0...
不应该将and运算符与&运算符混淆，这是因为和与&&相同。相同的适用于或与||相同的!，事实并非如此。不同之处在于，命名版本的前缀较低，这意味着当Perl查看代码时，隐式括号的放置方式不同。
部分运算会对变量的运算产生影响(而这些运算是不容易被发现的)：
my ($a,$b) = (0) x 2;
my $c = $a++ && $b++; # only $a++ is evaluated
print "a = $a, b = $b, c = $c\n"; # prints "a = 1, b = 0, c = 0"
my ($a,$b) = (0) x 2;
$c = ++$a || ++$b; # only ++$a is evaluated
print "a = $a, b = $b\n"; # prints "a = 1, b = 0"
另外还有相关的位操作模块与函数：Bit::Vectors、Devel::Peek、Devel::Size、pack、unpack、vec函数
从C代码优化中移植到Perl下的一些优化：
[hto@yklin:~/freeoa]$ more bitopcmp1.pl
use v5.32;
use Time::HiRes qw(time);
#22-09-03
my ($a,$st)=(1234567,time());
say $a%8;
say "Div time used:".tdnum(time()-$st);
#bit and arithmetic
$st=time();
say $a&7;
say "Bca time used:".tdnum(time()-$st);
#
sub tdnum{
my $ino=shift;
return sprintf "%.7f",abs($ino);
}
一次结果
7
Div time used:0.0000391
7
Bca time used:0.0000060
使用位运算的结果还是比较明显。
尽管Perl基本上将开发者与计算机的物理细节隔离开来，但有时当数据以字节的形式出现时，仍然需要处理它们。或者，如果Perl的数据结构占用了太多的内存来解决所遇到的问题，可能希望将数据打包成位字符串，以避免Perl的内存损失。一旦有了这些比特，就可以用与其他语言相同的方式来处理它们。
perlop 文档中对 bitwise 操作符有说明，perlfunc 文档中包含了对内建函数vec的介绍。
参考来源
编程语言基础知识之位运算与位移动
Bit operations for beginners
Mastering Perl Chapter 16. Working with Bits
获取主机操作系统的部分运行信息，为一些计算打基础
以bytes为单位取得主机OS原生的shorts, ints, longs, and long longs长度：
$ perl -V:{short,int,long{,long}}size
shortsize='2';
intsize='4';
longsize='4';
longlongsize='8';
or programmatically via the Config module:
use Config;
print $Config{shortsize},"\n";
print $Config{intsize},"\n";
print $Config{longsize},"\n";
print $Config{longlongsize},"\n";
如果系统不支持long long类型则$Config{longlongsize}将会是undefined。
平台的端序(byteorder)：
use Config;
print "$Config{byteorder}\n";
$ perl -V:byteorder
Byteorders "1234" and "12345678" are little-endian; "4321" and "87654321" are big-endian.