Java位运算在程序设计中的使用:位掩码(BitMask)

xiaoxiao2021-02-28  8

在Java中,位运算符有很多,例如与(&)、非(~)、或(|)、异或(^)、移位(<<和>>)等。这些运算符在日常编码中很少会用到。

在下面的一个例子中,会用到位掩码(BitMask),其中包含大量的位运算。不只是在Java中,其他编写语言中也是可以使用的。

例如,在一个系统中,用户一般有查询(Select)、新增(Insert)、修改(Update)、删除(Selete)四种权限,四种权限有多种组合方式,也就是有16中不同的权限状态(2的4次方)。

一般情况下会想到用四个boolean类型变量来保存:

Permission.java

[java] view plain copy print ? public class Permission {            // 是否允许查询      private boolean allowSelect;            // 是否允许新增      private boolean allowInsert;            // 是否允许删除      private boolean allowDelete;            // 是否允许更新      private boolean allowUpdate;        public boolean isAllowSelect() {          return allowSelect;      }        public void setAllowSelect(boolean allowSelect) {          this.allowSelect = allowSelect;      }        public boolean isAllowInsert() {          return allowInsert;      }        public void setAllowInsert(boolean allowInsert) {          this.allowInsert = allowInsert;      }        public boolean isAllowDelete() {          return allowDelete;      }        public void setAllowDelete(boolean allowDelete) {          this.allowDelete = allowDelete;      }        public boolean isAllowUpdate() {          return allowUpdate;      }        public void setAllowUpdate(boolean allowUpdate) {          this.allowUpdate = allowUpdate;      }  }   public class Permission { // 是否允许查询 private boolean allowSelect; // 是否允许新增 private boolean allowInsert; // 是否允许删除 private boolean allowDelete; // 是否允许更新 private boolean allowUpdate; public boolean isAllowSelect() { return allowSelect; } public void setAllowSelect(boolean allowSelect) { this.allowSelect = allowSelect; } public boolean isAllowInsert() { return allowInsert; } public void setAllowInsert(boolean allowInsert) { this.allowInsert = allowInsert; } public boolean isAllowDelete() { return allowDelete; } public void setAllowDelete(boolean allowDelete) { this.allowDelete = allowDelete; } public boolean isAllowUpdate() { return allowUpdate; } public void setAllowUpdate(boolean allowUpdate) { this.allowUpdate = allowUpdate; } } 上面用四个boolean类型变量来保存每种权限状态。下面是另外一种方式,使用位掩码的话,用一个二进制数即可,每一位来表示一种权限,0表示无权限,1表示有权限。

NewPermission.java

[java] view plain copy print ? public class NewPermission {      // 是否允许查询,二进制第1位,0表示否,1表示是      public static final int ALLOW_SELECT = 1 << 0// 0001            // 是否允许新增,二进制第2位,0表示否,1表示是      public static final int ALLOW_INSERT = 1 << 1// 0010            // 是否允许修改,二进制第3位,0表示否,1表示是      public static final int ALLOW_UPDATE = 1 << 2// 0100            // 是否允许删除,二进制第4位,0表示否,1表示是      public static final int ALLOW_DELETE = 1 << 3// 1000            // 存储目前的权限状态      private int flag;        /**      *  重新设置权限      */      public void setPermission(int permission) {          flag = permission;      }        /**      *  添加一项或多项权限      */      public void enable(int permission) {          flag |= permission;      }            /**      *  删除一项或多项权限      */      public void disable(int permission) {          flag &= ~permission;      }            /**      *  是否拥某些权限      */      public boolean isAllow(int permission) {          return (flag & permission) == permission;      }            /**      *  是否禁用了某些权限      */      public boolean isNotAllow(int permission) {          return (flag & permission) == 0;      }            /**      *  是否仅仅拥有某些权限      */      public boolean isOnlyAllow(int permission) {          return flag == permission;      }  }   public class NewPermission { // 是否允许查询,二进制第1位,0表示否,1表示是 public static final int ALLOW_SELECT = 1 << 0; // 0001 // 是否允许新增,二进制第2位,0表示否,1表示是 public static final int ALLOW_INSERT = 1 << 1; // 0010 // 是否允许修改,二进制第3位,0表示否,1表示是 public static final int ALLOW_UPDATE = 1 << 2; // 0100 // 是否允许删除,二进制第4位,0表示否,1表示是 public static final int ALLOW_DELETE = 1 << 3; // 1000 // 存储目前的权限状态 private int flag; /** * 重新设置权限 */ public void setPermission(int permission) { flag = permission; } /** * 添加一项或多项权限 */ public void enable(int permission) { flag |= permission; } /** * 删除一项或多项权限 */ public void disable(int permission) { flag &= ~permission; } /** * 是否拥某些权限 */ public boolean isAllow(int permission) { return (flag & permission) == permission; } /** * 是否禁用了某些权限 */ public boolean isNotAllow(int permission) { return (flag & permission) == 0; } /** * 是否仅仅拥有某些权限 */ public boolean isOnlyAllow(int permission) { return flag == permission; } } NewPermission代码中,用四个常量表示了每个二进制位代码的权限项。 例如: ALLOW_SELECT = 1 << 0 转成二进制就是0001,二进制第一位表示Select权限, ALLOW_INSERT = 1 << 1 转成二进制就是0010,二进制第二位表示Insert权限 ......

private int flag存储了各种权限的启用和停用状态,相当于代替了Permission中的四个boolean类型的变量。 用flag的四个二进制位来表示四种权限的状态,每一位的0和1代表一项权限的启用和停用:

flag删除修改新增查询 1(0001)0001只允许查询(即等于ALLOW_SELECT)2(0010)0010只允许新增(即等于ALLOW_INSERT)4(0100)0100只允许修改(即等于ALLOW_UPDATE)8(1000)1000只允许删除(即等于ALLOW_DELETE)3(0011)0011只允许查询和新增00000四项权限都不允许15(1111)1111四项权限都允许 ...等等,不一一列举。 使用位掩码的方式,只需要用一个大于或等于0且小于16的整数即可表示所有的16种权限的状态。

此外,还有很多设置权限和判断权限的方法,用到了很多位运算,例如

[java] view plain copy print ? public void enable(int permission) {      flag |= permission; // 相当于flag = flag | permission;  }   public void enable(int permission) { flag |= permission; // 相当于flag = flag | permission; } 这个方法是在现有的权限基础上添加一项或多项权限。 添加一项Update权限:

[java] view plain copy print ? permission.enable(NewPermission.ALLOW_UPDATE);   permission.enable(NewPermission.ALLOW_UPDATE);假设现有权限只有Select,也就是flag是0001。 执行以上代码: flag = 0001 | 0100,也就是0101,便拥有了Select和Update两项权限。

添加Insert、Update、Delete三项权限:

[java] view plain copy print ? permission.enable(NewPermission.ALLOW_INSERT       | NewPermission.ALLOW_UPDATE | NewPermission.ALLOW_DELETE);   permission.enable(NewPermission.ALLOW_INSERT | NewPermission.ALLOW_UPDATE | NewPermission.ALLOW_DELETE);

NewPermission.ALLOW_INSERT | NewPermission.ALLOW_UPDATE | NewPermission.ALLOW_DELETE运算结果是1110。 假设现有权限只有Select,也就是flag是0001。 flag = 0001 | 1110,也就是1111,便拥有了这四项权限,相当于添加了三项权限。 上面的设置如果使用Permission类的话,就需要下面三行代码:

[java] view plain copy print ? permission.setAllowInsert(true);  permission.setAllowUpdate(true);  permission.setAllowDelete(true);   permission.setAllowInsert(true); permission.setAllowUpdate(true); permission.setAllowDelete(true);其他方法不再一一解释。

下面对比Permission和NewPermission两种方式:

1.设置仅允许Select和Insert权限

Permission

[java] view plain copy print ? permission.setAllowSelect(true);  permission.setAllowInsert(true);  permission.setAllowUpdate(false);  permission.setAllowDelete(false);   permission.setAllowSelect(true); permission.setAllowInsert(true); permission.setAllowUpdate(false); permission.setAllowDelete(false);NewPermission

[java] view plain copy print ? permission.setPermission(NewPermission.ALLOW_SELECT | NewPermission.ALLOW_INSERT);   permission.setPermission(NewPermission.ALLOW_SELECT | NewPermission.ALLOW_INSERT);2.判断是否允许Select和Insert、Update权限

Permission

[java] view plain copy print ? if (permission.isAllowSelect() && permission.isAllowInsert() && permission.isAllowUpdate())   if (permission.isAllowSelect() && permission.isAllowInsert() && permission.isAllowUpdate())NewPermission

[java] view plain copy print ? if (permission. isAllow (NewPermission.ALLOW_SELECT       | NewPermission.ALLOW_INSERT | NewPermission.ALLOW_UPDATE))   if (permission. isAllow (NewPermission.ALLOW_SELECT | NewPermission.ALLOW_INSERT | NewPermission.ALLOW_UPDATE))

3.判断是只否允许Select和Insert权限

Permission

[java] view plain copy print ? if (permission.isAllowSelect() && permission.isAllowInsert()       && !permission.isAllowUpdate() && !permission.isAllowDelete())   if (permission.isAllowSelect() && permission.isAllowInsert() && !permission.isAllowUpdate() && !permission.isAllowDelete())

NewPermission

[java] view plain copy print ? if (permission. isOnlyAllow (NewPermission.ALLOW_SELECT | NewPermission.ALLOW_INSERT))   if (permission. isOnlyAllow (NewPermission.ALLOW_SELECT | NewPermission.ALLOW_INSERT))

二者对比可以感受到MyPermission位掩码方式相对于Permission的优势,可以节省很多代码量,位运算是底层运算,效率也非常高,而且理解起来也很简单。

附:

在Java反射中,java.lang.reflect.Modifier是用来判断类、成员变量、方法等包含的修饰符。在Modifier的源代码中可以看到:

[java] view plain copy print ? public static final int PUBLIC           = 0x00000001;  public static final int PRIVATE          = 0x00000002;    public static final int PROTECTED        = 0x00000004;    public static final int STATIC           = 0x00000008;    public static final int FINAL            = 0x00000010;    public static final int SYNCHRONIZED     = 0x00000020;  // ......  public static boolean isProtected(int mod) {      return (mod & PROTECTED) != 0;  }  public static boolean isStatic(int mod) {      return (mod & STATIC) != 0;  }   public static final int PUBLIC = 0x00000001; public static final int PRIVATE = 0x00000002; public static final int PROTECTED = 0x00000004; public static final int STATIC = 0x00000008; public static final int FINAL = 0x00000010; public static final int SYNCHRONIZED = 0x00000020; // ...... public static boolean isProtected(int mod) { return (mod & PROTECTED) != 0; } public static boolean isStatic(int mod) { return (mod & STATIC) != 0; }这里使用二进制位来表示是否有某个修饰符。具体使用方式可以去看我的另一篇博文: Java反射之如何判断类或变量、方法的修饰符(Modifier解析)

此外,在Android开发中,Linkify可以设置文本中的地址、电话、邮箱等是否支持点击链接:

[java] view plain copy print ? Linkify.addLinks(textView, Linkify.WEB_URLS | Linkify.EMAIL_ADDRESSES);   Linkify.addLinks(textView, Linkify.WEB_URLS | Linkify.EMAIL_ADDRESSES); android.text.util.Linkify部分源码:

[java] view plain copy print ? public static final int WEB_URLS = 0x01;  public static final int EMAIL_ADDRESSES = 0x02;  public static final int PHONE_NUMBERS = 0x04;  public static final int MAP_ADDRESSES = 0x08;  public static final int ALL = WEB_URLS | EMAIL_ADDRESSES | PHONE_NUMBERS | MAP_ADDRESSES;    public static final boolean addLinks(Spannable text, int mask) {      if (mask == 0) {          return false;      }        URLSpan[] old = text.getSpans(0, text.length(), URLSpan.class);        for (int i = old.length - 1; i >= 0; i--) {          text.removeSpan(old[i]);      }        ArrayList<LinkSpec> links = new ArrayList<LinkSpec>();        if ((mask & WEB_URLS) != 0) {          gatherLinks(links, text, Patterns.WEB_URL,              new String[] { "http://""https://""rtsp://" },              sUrlMatchFilter, null);      }        if ((mask & EMAIL_ADDRESSES) != 0) {          gatherLinks(links, text, Patterns.EMAIL_ADDRESS,              new String[] { "mailto:" },              nullnull);      }        if ((mask & PHONE_NUMBERS) != 0) {          gatherLinks(links, text, Patterns.PHONE,              new String[] { "tel:" },              sPhoneNumberMatchFilter, sPhoneNumberTransformFilter);      }        if ((mask & MAP_ADDRESSES) != 0) {          gatherMapLinks(links, text);      }        pruneOverlaps(links);        if (links.size() == 0) {          return false;      }        for (LinkSpec link: links) {          applyLink(link.url, link.start, link.end, text);      }        return true;  }   public static final int WEB_URLS = 0x01; public static final int EMAIL_ADDRESSES = 0x02; public static final int PHONE_NUMBERS = 0x04; public static final int MAP_ADDRESSES = 0x08; public static final int ALL = WEB_URLS | EMAIL_ADDRESSES | PHONE_NUMBERS | MAP_ADDRESSES; public static final boolean addLinks(Spannable text, int mask) { if (mask == 0) { return false; } URLSpan[] old = text.getSpans(0, text.length(), URLSpan.class); for (int i = old.length - 1; i >= 0; i--) { text.removeSpan(old[i]); } ArrayList<LinkSpec> links = new ArrayList<LinkSpec>(); if ((mask & WEB_URLS) != 0) { gatherLinks(links, text, Patterns.WEB_URL, new String[] { "http://", "https://", "rtsp://" }, sUrlMatchFilter, null); } if ((mask & EMAIL_ADDRESSES) != 0) { gatherLinks(links, text, Patterns.EMAIL_ADDRESS, new String[] { "mailto:" }, null, null); } if ((mask & PHONE_NUMBERS) != 0) { gatherLinks(links, text, Patterns.PHONE, new String[] { "tel:" }, sPhoneNumberMatchFilter, sPhoneNumberTransformFilter); } if ((mask & MAP_ADDRESSES) != 0) { gatherMapLinks(links, text); } pruneOverlaps(links); if (links.size() == 0) { return false; } for (LinkSpec link: links) { applyLink(link.url, link.start, link.end, text); } return true; }

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