位运算

add(a,b)

不用+-*/运算符   实现add(a,b)

题目来源：https://leetcode-cn.com/problems/bu-yong-jia-jian-cheng-chu-zuo-jia-fa-lcof

C++:

    int add(int a, int b) {
        //循环终止条件  没有进位了为止
        while (b != 0) {
            //保存进位和
            int c = (unsigned int)(a & b) << 1; //c++中，负数不支持左移，把符号位给移了怎么办？
            //保存无进位和
            a = a ^ b;
            //如果还有进位 c!=0，再循环，如果没有，输出无进位和a 
            b = c;
        }
        return a;
    }

Python:

def add(self, a: int, b: int) -> int:
    """
    # 写法1 递归
    if b==0: return a
    return add(a^b,(a&b)<<1);
    """
    # 2 循环 
    x = 0xffffffff
    a,b = a&x,b&x
    while b!=0:
        a,b = a^b, (a&b)<<1 &x
    return a if a<=0x7fffffff else ~(a^x)

• 为什么a,b = a&x,b&x？  
  取补码
• 为什么a<=0x7ffffffff返回~(a^x)？ 
  负数的补码a-> 还原为->负数本身~(a^x)

负数在python中的存储问题（python可能会将负数的补码看成正数，所以用到时候需要还原负数）

• 正数的补码即本身
• 负数的补码在反码的基础上+1

Python，Java 等语言中的数字都是以 补码 形式存储的。 Python 没有 int , long 等不同长度变量，即在编程时无变量位数的概念。

• 获取负数的补码： 需要将数字与十六进制数 0xffffffff 相与。可理解为舍去此数字 32 位以上的数字（将 32 位以上都变为 00 ），从无限长度变为一个 32 位整数。
• 返回前数字还原： 若补码 a 为负数（ 0x7fffffff 是最大的正数的补码 2147483647  即 01111111111111111111111111111111），需执行 ~(a ^ x) 操作，将补码还原至 Python 的存储格式。
  a ^ x 运算将 1 至 32 位按位取反； ~ 运算是将整个数字取反；因此， ~(a ^ x) 是将 32 位以上的位取反，1 至 32 位不变。

例子：python的负数补码情况_hxshine的博客-CSDN博客_python 负数补码

 

 

vector<int> singleNumbers(vector<int>& nums)

输入数组是【a,a,b,b,c,x,c,d,d,e,e,f,x,f,g,g,....】中有两个数是single其它是两个，要求O(N) O(1)算法输出数组中只出现一次的那两个数

源自leetcode题目：https://leetcode-cn.com/problems/shu-zu-zhong-shu-zi-chu-xian-de-ci-shu-lcof/

python:

def singleNumbers(self, nums: List[int]) -> List[int]:
    x,y,xorSum,suppBitOfxOry = 0,0,0,1
    # 计算x xor y
    for num in nums:
        xorSum ^=num
    # 找到任意一个supp(x xor y)
    while not xorSum & suppBitOfxOry:
        suppBitOfxOry = suppBitOfxOry << 1
    # 用一个bit位将nums分成两个集合 【x,a,a,b,b,c,c,d,d,...】 【y,e,e,f,f,g,g,h,h,...】  两个相同的数一定在同一个集合中 
    # 这两个只出现一次的数字x,y与m做"与运算"时，一个结果会是0，一个非0  根据这个性质做区分   
    # 至于其他的数同样可以被这个bit分为两部分，而且任意一对相同的两个数被分到了一起 不管它匹配了x还是y都无所谓，因为最后会被异或给消去
    for num in nums:
        if num & suppBitOfxOry:
            # 【x,a,a,b,b,c,c,d,d,...】 根据异或性质只会留下x 
            x^=num
        else:
            y^=num
    return x,y

c++:

vector<int> singleNumbers(vector<int>& nums) {
    int xorSum = 0;
    int x=0,y=0;
    int oneSuppBitOfxOry = 1;
    for(int i=0;i<nums.size();i++){
        xorSum ^=nums[i];
    }
    while((xorSum & oneSuppBitOfxOry)==0) oneSuppBitOfxOry=oneSuppBitOfxOry<<1;//注意这里的运算符优先级  写成while(xorSum & oneSuppBitOfxOry==0) 出大问题
    for(int i=0;i<nums.size();i++){
        if((nums[i]&oneSuppBitOfxOry)==0){
            x^=nums[i];
        }else{
            y^=nums[i];
        }
    }
    vector<int> res;
    res.push_back(x);
    res.push_back(y);
    return res;

}

P.S. 运算符优先级（copy 百度百科）

优先级	运算符	名称或含义	使用形式	结合方向	说明
1	[]	数组下标	数组名[常量表达式]	左到右
	()	圆括号	（表达式）/函数名(形参表)
	.	成员选择（对象）	对象.成员名
	->	成员选择（指针）	对象指针->成员名
2	-	负号运算符	-表达式	右到左	单目运算符
	(类型)	强制类型转换	(数据类型)表达式
	++	前置自增运算符	++变量名		单目运算符
	++	后置自增运算符	变量名++		单目运算符
	--	前置自减运算符	--变量名		单目运算符
	--	后置自减运算符	变量名--		单目运算符 [4]
	*	取值运算符	*指针变量		单目运算符
	&	取地址运算符	&变量名		单目运算符
	!	逻辑非运算符	!表达式		单目运算符
	~	按位取反运算符	~表达式		单目运算符
	sizeof	长度运算符	sizeof(表达式)
3	/	除	表达式/表达式	左到右	双目运算符
	*	乘	表达式*表达式		双目运算符
	%	余数（取模）	整型表达式/整型表达式		双目运算符
4	+	加	表达式+表达式	左到右	双目运算符
	-	减	表达式-表达式		双目运算符
5		左移	变量	左到右	双目运算符
	>>	右移	变量>>表达式		双目运算符
6	>	大于	表达式>表达式	左到右	双目运算符
	>=	大于等于	表达式>=表达式		双目运算符
		小于	表达式		双目运算符
		小于等于	表达式		双目运算符
7	==	等于	表达式==表达式	左到右	双目运算符
	!=	不等于	表达式!= 表达式		双目运算符
8	&	按位与	表达式&表达式	左到右	双目运算符
9	^	按位异或	表达式^表达式	左到右	双目运算符
10	|	按位或	表达式|表达式	左到右	双目运算符
11	&&	逻辑与	表达式&&表达式	左到右	双目运算符
12	||	逻辑或	表达式||表达式	左到右	双目运算符
13	?:	条件运算符	表达式1? 表达式2: 表达式3	右到左	三目运算符
14	=	赋值运算符	变量=表达式	右到左
	/=	除后赋值	变量/=表达式
	*=	乘后赋值	变量*=表达式
	%=	取模后赋值	变量%=表达式
	+=	加后赋值	变量+=表达式
	-=	减后赋值	变量-=表达式
		左移后赋值	变量
	>>=	右移后赋值	变量>>=表达式
	&=	按位与后赋值	变量&=表达式
	^=	按位异或后赋值	变量^=表达式
	|=	按位或后赋值	变量|=表达式
15	,	逗号运算符	表达式,表达式,…	左到右	从左向右顺序运算

说明：

同一优先级的运算符，运算次序由结合方向所决定。

简单记就是：！ > 算术运算符 > 关系运算符 > && > || > 赋值运算符

 int singleNumber(vector<int>& nums)

输入数组是【aaabbbcccdddexeefffgggiii,....】中有1个数是single其它是triple，输出数组中只出现一次的那个数

题目来源leetcode,K神题解：面试题56 - II. 数组中数字出现的次数 II（位运算 + 有限状态自动机，清晰图解） - 数组中数字出现的次数 II - 力扣（LeetCode） (leetcode-cn.com)

python:

def singleNumber(self, nums: List[int]) -> int:
    # hash表  谁都会写  面试有啥用？ 面试一写就offer挂啦

    # 位运算 + 有限状态自动机  什么脑洞 AAAAAAAAAAAAAAAAAAWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWW
    # 对于最低位而言 这个位上有多少个1记为wt(b_0)  wt(b_0) mod 3 \in {0,1,2}    三种状态     00 01 10 分别对应表示0，1，2  
    # 直接应用在所有的位上逻辑同样成立
    a,b = 0,0
    for num in nums:
        a = ~b &(num^a)
        # 状态高位是在状态地位修改后的基础上修改的
        b = ~a &(num^b)
    # 因为状态的缘故  只关心状态啊=的地位就可以  就是说当所有的数加上之后，状态的高位肯定是0
    return a

更应该关注的是状态如何转移 和 如何简化代码！

本题的技巧：观察真值表 和 利用位运算符来替代条件判断语句