不使用循环按位反转整数

我想编写一个程序来反转整数的位。
例如 11000101 至 10100011
我知道如何使用循环来解决这个问题，但我遇到了使用字节移位来解决这个问题的解决方案：

num>>4|num<<4

我不明白这是如何工作的。有人可以帮我解决这个问题吗？

这不是反转位，而是交换半字节（4 位单元）。换句话说，它将变成：

1100 0101 (abcd efgh)

into:

0101 1100 (efgh abcd)

仅当数据类型实际上是 8 位时才会这样做（否则num << 4将一些位放置在最右边的八个位的左侧。更安全的方法是确保在移位之前清除所有其他位：

((num & 0xf0) >> 4) | ((num & 0x0f) << 4)

有关按位运算符如何工作的详细信息，请参阅这个优秀的答案 https://stackoverflow.com/questions/1746613/bitwise-operation-and-usage/1746642#1746642.

全位反转的等效表达式，hgfe dcba，是相当可怕的：

  ((num & 0x01) << 7)
| ((num & 0x02) << 5)
| ((num & 0x04) << 3)
| ((num & 0x08) << 1)
| ((num & 0x10) >> 1)
| ((num & 0x20) >> 3)
| ((num & 0x40) >> 5)
| ((num & 0x80) >> 7)

它提取并移位八位中的每一位。

还有一些优化可以在一个操作中处理一组不连续的位，例如：

num = ((num & 0xf0) >> 4) | ((num & 0x0f) << 4) // abcdefgh -> efghabcd
num = ((num & 0xcc) >> 2) | ((num & 0x33) << 2) // efghabcd -> ghefcdab
num = ((num & 0xaa) >> 1) | ((num & 0x55) << 1) // ghefcdab -> hgfedcba

这些工作原理是抓取不连续的位并将它们向左或向右移动，掩码值显示哪些位受到影响：

0xf0, 0x0f -> 1111-0000, 0000-1111, shift by 4
0xcc, 0x33 -> 1100-1100, 0011-0011, shift by 2
0xaa, 0x55 -> 1010-1010, 0101-0101, shift by 1

每行中的第一个位掩码提取要右移的位，第二个位掩码抓取要左移的位。然后将两个结果重新组合。以第二个为例，假设你有位abcdefgh事先评估表达式((num & 0xcc) >> 2) | ((num & 0x33) << 2):

(num&0xcc)>>2     (num&0x33)<<2
-------------     -------------
  abcdefgh          abcdefgh
  11001100          00110011        'and' with mask
  --------          --------
  ab00ef00          00cd00gh
  00ab00ef          cd00gh00        shift right/left
          \        /
           00ab00ef
           cd00gh00                 'or' them together
           --------
           cdabghef

因此，您可以看到位提取、移位和重组操作如何允许您反转值内各部分的顺序：

ab   cd   ef   gh
  \ /       \ /
   X         X
  / \       / \
cd   ab   gh   ef

我建议你尝试与第三次操作类似的实验num = ((num & 0xaa) >> 1) | ((num & 0x55) << 1)，您会看到它也按预期运行，反转每组两个中的各个位。