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Java位運算在程式設計中的使用:位掩碼(BitMask)

在Java中,位運算子有很多,例如與(&)、非(~)、或(|)、異或(^)、移位(<<和>>)等。這些運算子在日常編碼中很少會用到。

在下面的一個例子中,會用到位掩碼(BitMask),其中包含大量的位運算。不只是在Java中,其他編寫語言中也是可以使用的。

例如,在一個系統中,使用者一般有查詢(Select)、新增(Insert)、修改(Update)、刪除(Selete)四種許可權,四種許可權有多種組合方式,也就是有16中不同的許可權狀態(2的4次方)。

一般情況下會想到用四個boolean型別變數來儲存:

Permission.java

public class Permission {
	
	// 是否允許查詢
	private boolean allowSelect;
	
	// 是否允許新增
	private boolean allowInsert;
	
	// 是否允許刪除
	private boolean allowDelete;
	
	// 是否允許更新
	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;
	}
}

上面用四個boolean型別變數來儲存每種許可權狀態。下面是另外一種方式,使用位掩碼的話,用一個二進位制數即可,每一位來表示一種許可權,0表示無許可權,1表示有許可權。

NewPermission.java

public class NewPermission {
	// 是否允許查詢,二進位制第1位,0表示否,1表示是
	public static final int ALLOW_SELECT = 1 << 0; // 0001
	
	// 是否允許新增,二進位制第2位,0表示否,1表示是
	public static final int ALLOW_INSERT = 1 << 1; // 0010
	
	// 是否允許修改,二進位制第3位,0表示否,1表示是
	public static final int ALLOW_UPDATE = 1 << 2; // 0100
	
	// 是否允許刪除,二進位制第4位,0表示否,1表示是
	public static final int ALLOW_DELETE = 1 << 3; // 1000
	
	// 儲存目前的許可權狀態
	private int flag;

	/**
	 *  重新設定許可權
	 */
	public void setPermission(int permission) {
		flag = permission;
	}

	/**
	 *  新增一項或多項許可權
	 */
	public void enable(int permission) {
		flag |= permission;
	}
	
	/**
	 *  刪除一項或多項許可權
	 */
	public void disable(int permission) {
		flag &= ~permission;
	}
	
	/**
	 *  是否擁某些許可權
	 */
	public boolean isAllow(int permission) {
		return (flag & permission) == permission;
	}
	
	/**
	 *  是否禁用了某些許可權
	 */
	public boolean isNotAllow(int permission) {
		return (flag & permission) == 0;
	}
	
	/**
	 *  是否僅僅擁有某些許可權
	 */
	public boolean isOnlyAllow(int permission) {
		return flag == permission;
	}
}

NewPermission程式碼中,用四個常量表示了每個二進位制位程式碼的許可權項。
例如:
ALLOW_SELECT = 1 << 0 轉成二進位制就是0001,二進位制第一位表示Select許可權,
ALLOW_INSERT = 1 << 1 轉成二進位制就是0010,二進位制第二位表示Insert許可權
......

private int flag儲存了各種許可權的啟用和停用狀態,相當於代替了Permission中的四個boolean型別的變數。
用flag的四個二進位制位來表示四種許可權的狀態,每一位的0和1代表一項許可權的啟用和停用:

flag 刪除 修改 新增 查詢
1(0001) 0 0 0 1 只允許查詢(即等於ALLOW_SELECT)
2(0010) 0 0 1 0 只允許新增(即等於ALLOW_INSERT)
4(0100) 0 1 0 0 只允許修改(即等於ALLOW_UPDATE)
8(1000) 1 0 0 0 只允許刪除(即等於ALLOW_DELETE)
3(0011) 0 0 1 1 只允許查詢和新增
0 0 0 0 0 四項許可權都不允許
15(1111) 1 1 1 1 四項許可權都允許
...等等,不一一列舉。
使用位掩碼的方式,只需要用一個大於或等於0且小於16的整數即可表示所有的16種許可權的狀態。

此外,還有很多設定許可權和判斷許可權的方法,用到了很多位運算,例如

public void enable(int permission) {
	flag |= permission; // 相當於flag = flag | permission;
}

這個方法是在現有的許可權基礎上新增一項或多項許可權。
新增一項Update許可權:
permission.enable(NewPermission.ALLOW_UPDATE);
假設現有許可權只有Select,也就是flag是0001。
執行以上程式碼:
flag = 0001 | 0100,也就是0101,便擁有了Select和Update兩項許可權。

新增Insert、Update、Delete三項許可權:

permission.enable(NewPermission.ALLOW_INSERT 
    | NewPermission.ALLOW_UPDATE | NewPermission.ALLOW_DELETE);

NewPermission.ALLOW_INSERT | NewPermission.ALLOW_UPDATE | NewPermission.ALLOW_DELETE運算結果是1110。
假設現有許可權只有Select,也就是flag是0001。
flag = 0001 | 1110,也就是1111,便擁有了這四項許可權,相當於添加了三項許可權。
上面的設定如果使用Permission類的話,就需要下面三行程式碼:

permission.setAllowInsert(true);
permission.setAllowUpdate(true);
permission.setAllowDelete(true);
其他方法不再一一解釋。

下面對比Permission和NewPermission兩種方式:

1.設定僅允許Select和Insert許可權

Permission

permission.setAllowSelect(true);
permission.setAllowInsert(true);
permission.setAllowUpdate(false);
permission.setAllowDelete(false);
NewPermission
permission.setPermission(NewPermission.ALLOW_SELECT | NewPermission.ALLOW_INSERT);
2.判斷是否允許Select和Insert、Update許可權

Permission

if (permission.isAllowSelect() && permission.isAllowInsert() && permission.isAllowUpdate())
NewPermission
if (permission. isAllow (NewPermission.ALLOW_SELECT 
    | NewPermission.ALLOW_INSERT | NewPermission.ALLOW_UPDATE))

3.判斷是隻否允許Select和Insert許可權

Permission

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

NewPermission

if (permission. isOnlyAllow (NewPermission.ALLOW_SELECT | NewPermission.ALLOW_INSERT))
二者對比可以感受到MyPermission位掩碼方式相對於Permission的優勢,可以節省很多程式碼量,位運算是底層運算,效率也非常高,而且理解起來也很簡單。

附:

在Java反射中,java.lang.reflect.Modifier是用來判斷類、成員變數、方法等包含的修飾符。在Modifier的原始碼中可以看到:

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;
}
這裡使用二進位制位來表示是否有某個修飾符。具體使用方式可以去看我的另一篇博文:Java反射之如何判斷類或變數、方法的修飾符(Modifier解析)

此外,在Android開發中,Linkify可以設定文字中的地址、電話、郵箱等是否支援點選連結:

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

android.text.util.Linkify部分原始碼:
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;
}

作者:叉叉哥   轉載請註明出處:http://blog.csdn.net/xiao__gui/article/details/11701893