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Java位运算在程序设计中的使用：位掩码（BitMask）

时间：2015-04-11 23:50:44      阅读：405      评论：0      收藏：0      [点我收藏+]

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 plaincopy
 
  1. public class Permission {  
  2.       
  3.     // 是否允许查询  
  4.     private boolean allowSelect;  
  5.       
  6.     // 是否允许新增  
  7.     private boolean allowInsert;  
  8.       
  9.     // 是否允许删除  
  10.     private boolean allowDelete;  
  11.       
  12.     // 是否允许更新  
  13.     private boolean allowUpdate;  
  14.   
  15.     public boolean isAllowSelect() {  
  16.         return allowSelect;  
  17.     }  
  18.   
  19.     public void setAllowSelect(boolean allowSelect) {  
  20.         this.allowSelect = allowSelect;  
  21.     }  
  22.   
  23.     public boolean isAllowInsert() {  
  24.         return allowInsert;  
  25.     }  
  26.   
  27.     public void setAllowInsert(boolean allowInsert) {  
  28.         this.allowInsert = allowInsert;  
  29.     }  
  30.   
  31.     public boolean isAllowDelete() {  
  32.         return allowDelete;  
  33.     }  
  34.   
  35.     public void setAllowDelete(boolean allowDelete) {  
  36.         this.allowDelete = allowDelete;  
  37.     }  
  38.   
  39.     public boolean isAllowUpdate() {  
  40.         return allowUpdate;  
  41.     }  
  42.   
  43.     public void setAllowUpdate(boolean allowUpdate) {  
  44.         this.allowUpdate = allowUpdate;  
  45.     }  
  46. }  


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 plaincopy
 
  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.       
  5.     // 是否允许新增，二进制第2位，0表示否，1表示是  
  6.     public static final int ALLOW_INSERT = 1 << 1; // 0010  
  7.       
  8.     // 是否允许修改，二进制第3位，0表示否，1表示是  
  9.     public static final int ALLOW_UPDATE = 1 << 2; // 0100  
  10.       
  11.     // 是否允许删除，二进制第4位，0表示否，1表示是  
  12.     public static final int ALLOW_DELETE = 1 << 3; // 1000  
  13.       
  14.     // 存储目前的权限状态  
  15.     private int flag;  
  16.   
  17.     /** 
  18.      *  重新设置权限 
  19.      */  
  20.     public void setPermission(int permission) {  
  21.         flag = permission;  
  22.     }  
  23.   
  24.     /** 
  25.      *  添加一项或多项权限 
  26.      */  
  27.     public void enable(int permission) {  
  28.         flag |= permission;  
  29.     }  
  30.       
  31.     /** 
  32.      *  删除一项或多项权限 
  33.      */  
  34.     public void disable(int permission) {  
  35.         flag &= ~permission;  
  36.     }  
  37.       
  38.     /** 
  39.      *  是否拥某些权限 
  40.      */  
  41.     public boolean isAllow(int permission) {  
  42.         return (flag & permission) == permission;  
  43.     }  
  44.       
  45.     /** 
  46.      *  是否禁用了某些权限 
  47.      */  
  48.     public boolean isNotAllow(int permission) {  
  49.         return (flag & permission) == 0;  
  50.     }  
  51.       
  52.     /** 
  53.      *  是否仅仅拥有某些权限 
  54.      */  
  55.     public boolean isOnlyAllow(int permission) {  
  56.         return flag == permission;  
  57.     }  
  58. }  


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

 

[java] view plaincopy
 
  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：

 

 

[java] view plaincopy
 
  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：

 

[java] view plaincopy
 
  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：

 

[java] view plaincopy
 
  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

 

[java] view plaincopy
 
  1. permission.setAllowSelect(true);  
  2. permission.setAllowInsert(true);  
  3. permission.setAllowUpdate(false);  
  4. permission.setAllowDelete(false);  

NewPermission

 

 

[java] view plaincopy
 
  1. permission.setPermission(NewPermission.ALLOW_SELECT | NewPermission.ALLOW_INSERT);  

2.判断是否允许Select和Insert、Update权限

 

Permission

 

[java] view plaincopy
 
  1. if (permission.isAllowSelect() && permission.isAllowInsert() && permission.isAllowUpdate())  

NewPermission

 

 

[java] view plaincopy
 
  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

 

[java] view plaincopy
 
  1. if (permission.isAllowSelect() && permission.isAllowInsert()   
  2.     && !permission.isAllowUpdate() && !permission.isAllowDelete())  

 

NewPermission

 

[java] view plaincopy
 
  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：

 

[java] view plaincopy
 
  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：

 

[java] view plaincopy
 
  1. Linkify.addLinks(textView, Linkify.WEB_URLS | Linkify.EMAIL_ADDRESSES);  


android.text.util.Linkify部分源码：

 

 

[java] view plaincopy
 
    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.   
    7. public static final boolean addLinks(Spannable text, int mask) {  
    8.     if (mask == 0) {  
    9.         return false;  
    10.     }  
    11.   
    12.     URLSpan[] old = text.getSpans(0, text.length(), URLSpan.class);  
    13.   
    14.     for (int i = old.length - 1; i >= 0; i--) {  
    15.         text.removeSpan(old[i]);  
    16.     }  
    17.   
    18.     ArrayList<LinkSpec> links = new ArrayList<LinkSpec>();  
    19.   
    20.     if ((mask & WEB_URLS) != 0) {  
    21.         gatherLinks(links, text, Patterns.WEB_URL,  
    22.             new String[] { "http://", "https://", "rtsp://" },  
    23.             sUrlMatchFilter, null);  
    24.     }  
    25.   
    26.     if ((mask & EMAIL_ADDRESSES) != 0) {  
    27.         gatherLinks(links, text, Patterns.EMAIL_ADDRESS,  
    28.             new String[] { "mailto:" },  
    29.             null, null);  
    30.     }  
    31.   
    32.     if ((mask & PHONE_NUMBERS) != 0) {  
    33.         gatherLinks(links, text, Patterns.PHONE,  
    34.             new String[] { "tel:" },  
    35.             sPhoneNumberMatchFilter, sPhoneNumberTransformFilter);  
    36.     }  
    37.   
    38.     if ((mask & MAP_ADDRESSES) != 0) {  
    39.         gatherMapLinks(links, text);  
    40.     }  
    41.   
    42.     pruneOverlaps(links);  
    43.   
    44.     if (links.size() == 0) {  
    45.         return false;  
    46.     }  
    47.   
    48.     for (LinkSpec link: links) {  
    49.         applyLink(link.url, link.start, link.end, text);  
    50.     }  
    51.   
    52.     return true;  
    53. }  

Java位运算在程序设计中的使用：位掩码（BitMask）

原文：http://www.cnblogs.com/xiaorenwu702/p/4418656.html
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