正文

Java位运算在程序设计中的使用：位掩码（BitMask）

IP云
IP云V管理员/4 阅读
11/30
提示：扫一扫查出行
【扫一扫了解最新限行尾号】
复制提示

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

  1. public class Permission {
  2. // 是否允许查询
  3. private boolean allowSelect;
  4. // 是否允许新增
  5. private boolean allowInsert;
  6. // 是否允许删除
  7. private boolean allowDelete;
  8. // 是否允许更新
  9. private boolean allowUpdate;
  10. public boolean isAllowSelect() {
  11. return allowSelect;
  12. }
  13. public void setAllowSelect(boolean allowSelect) {
  14. this.allowSelect = allowSelect;
  15. }
  16. public boolean isAllowInsert() {
  17. return allowInsert;
  18. }
  19. public void setAllowInsert(boolean allowInsert) {
  20. this.allowInsert = allowInsert;
  21. }
  22. public boolean isAllowDelete() {
  23. return allowDelete;
  24. }
  25. public void setAllowDelete(boolean allowDelete) {
  26. this.allowDelete = allowDelete;
  27. }
  28. public boolean isAllowUpdate() {
  29. return allowUpdate;
  30. }
  31. public void setAllowUpdate(boolean allowUpdate) {
  32. this.allowUpdate = allowUpdate;
  33. }
  34. }

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

  1. public class NewPermission {
  2. // 是否允许查询，二进制第1位，0表示否，1表示是
  3. public static final int ALLOW_SELECT = 1 << 0; // 0001
  4. // 是否允许新增，二进制第2位，0表示否，1表示是
  5. public static final int ALLOW_INSERT = 1 << 1; // 0010
  6. // 是否允许修改，二进制第3位，0表示否，1表示是
  7. public static final int ALLOW_UPDATE = 1 << 2; // 0100
  8. // 是否允许删除，二进制第4位，0表示否，1表示是
  9. public static final int ALLOW_DELETE = 1 << 3; // 1000
  10. // 存储目前的权限状态
  11. private int flag;
  12. /**
  13. *  重新设置权限
  14. */
  15. public void setPermission(int permission) {
  16. flag = permission;
  17. }
  18. /**
  19. *  添加一项或多项权限
  20. */
  21. public void enable(int permission) {
  22. flag |= permission;
  23. }
  24. /**
  25. *  删除一项或多项权限
  26. */
  27. public void disable(int permission) {
  28. flag &= ~permission;
  29. }
  30. /**
  31. *  是否拥某些权限
  32. */
  33. public boolean isAllow(int permission) {
  34. return (flag & permission) == permission;
  35. }
  36. /**
  37. *  是否禁用了某些权限
  38. */
  39. public boolean isNotAllow(int permission) {
  40. return (flag & permission) == 0;
  41. }
  42. /**
  43. *  是否仅仅拥有某些权限
  44. */
  45. public boolean isOnlyAllow(int permission) {
  46. return flag == permission;
  47. }
  48. }

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) 0 0 0 1 只允许查询（即等于ALLOW_SELECT）
2(0010) 0 0 1 0 只允许新增（即等于ALLOW_INSERT）
4(0100) 0 1 0 0 只允许修改（即等于ALLOW_UPDATE）
8(1000) 1 0 0 0 只允许删除（即等于ALLOW_DELETE）
3(0011) 0 0 1 1 只允许查询和新增
0 0 0 0 0 四项权限都不允许
15(1111) 1 1 1 1 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

  1. public void enable(int permission) {
  2. flag |= permission; // 相当于flag = flag | permission;
  3. }

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：

  1. 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：

  1. permission.enable(NewPermission.ALLOW_INSERT
  2. | 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：

  1. permission.setAllowInsert(true);
  2. permission.setAllowUpdate(true);
  3. 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

  1. permission.setAllowSelect(true);
  2. permission.setAllowInsert(true);
  3. permission.setAllowUpdate(false);
  4. permission.setAllowDelete(false);

NewPermission

  1. permission.setPermission(NewPermission.ALLOW_SELECT | NewPermission.ALLOW_INSERT);

2.判断是否允许Select和Insert、Update权限

Permission

  1. if (permission.isAllowSelect() && permission.isAllowInsert() && permission.isAllowUpdate())

NewPermission

  1. if (permission. isAllow (NewPermission.ALLOW_SELECT
  2. | NewPermission.ALLOW_INSERT | NewPermission.ALLOW_UPDATE))

3.判断是只否允许Select和Insert权限

Permission

  1. if (permission.isAllowSelect() && permission.isAllowInsert()
  2. && !permission.isAllowUpdate() && !permission.isAllowDelete())

NewPermission

  1. 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：

  1. public static final int PUBLIC           = 0x00000001;
  2. public static final int PRIVATE          = 0x00000002;
  3. public static final int PROTECTED        = 0x00000004;
  4. public static final int STATIC           = 0x00000008;
  5. public static final int FINAL            = 0x00000010;
  6. public static final int SYNCHRONIZED     = 0x00000020;
  7. // ......
  8. public static boolean isProtected(int mod) {
  9. return (mod & PROTECTED) != 0;
  10. }
  11. public static boolean isStatic(int mod) {
  12. return (mod & STATIC) != 0;
  13. }

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：

  1. Linkify.addLinks(textView, Linkify.WEB_URLS | Linkify.EMAIL_ADDRESSES);

android.text.util.Linkify部分源码：

    1. public static final int WEB_URLS = 0x01;
    2. public static final int EMAIL_ADDRESSES = 0x02;
    3. public static final int PHONE_NUMBERS = 0x04;
    4. public static final int MAP_ADDRESSES = 0x08;
    5. public static final int ALL = WEB_URLS | EMAIL_ADDRESSES | PHONE_NUMBERS | MAP_ADDRESSES;
    6. public static final boolean addLinks(Spannable text, int mask) {
    7. if (mask == 0) {
    8. return false;
    9. }
    10. URLSpan[] old = text.getSpans(0, text.length(), URLSpan.class);
    11. for (int i = old.length - 1; i >= 0; i--) {
    12. text.removeSpan(old[i]);
    13. }
    14. ArrayList<LinkSpec> links = new ArrayList<LinkSpec>();
    15. if ((mask & WEB_URLS) != 0) {
    16. gatherLinks(links, text, Patterns.WEB_URL,
    17. new String[] { "http://", "https://", "rtsp://" },
    18. sUrlMatchFilter, null);
    19. }
    20. if ((mask & EMAIL_ADDRESSES) != 0) {
    21. gatherLinks(links, text, Patterns.EMAIL_ADDRESS,
    22. new String[] { "mailto:" },
    23. null, null);
    24. }
    25. if ((mask & PHONE_NUMBERS) != 0) {
    26. gatherLinks(links, text, Patterns.PHONE,
    27. new String[] { "tel:" },
    28. sPhoneNumberMatchFilter, sPhoneNumberTransformFilter);
    29. }
    30. if ((mask & MAP_ADDRESSES) != 0) {
    31. gatherMapLinks(links, text);
    32. }
    33. pruneOverlaps(links);
    34. if (links.size() == 0) {
    35. return false;
    36. }
    37. for (LinkSpec link: links) {
    38. applyLink(link.url, link.start, link.end, text);
    39. }
    40. return true;
    41. }

相关阅读

目录[+]