Operatory logiczne a operatory bitowe

W teorii, and i or pochodzą prosto z logiki logicznej (i dlatego działają na dwóch logikach logicznych, tworząc logikę logiczną), podczas gdy & i | stosują logikę logiczną i/lub do poszczególnych bitów liczb całkowitych. Jest tu wiele pytań na temat tego, jak dokładnie działają te ostatnie.

Oto praktyczne różnice, które potencjalnie wpływają na wyniki:

1. and i or zwarcie, np. True or sys.exit(1) nie zakończy się, ponieważ dla pewnej wartości pierwszego operanda (True or ..., False and ...), drugi nie zmieniłby wyniku, więc nie musi być oceniany. Ale | i & nie zwarć - True | sys.exit(1) wyrzuca cię z REPL.
2. & i | są operatorami regularnymi i mogą być przeciążone, podczas gdy and i or są tworzone w języku (chociaż specjalna metoda przymusu do boolean może mieć skutki uboczne).
   • dotyczy to również niektórych innych języków z przeciążeniem operatorów
3. and i or Zwraca wartość operandu zamiast True lub False. Nie zmienia to znaczenia wyrażeń logicznych w Warunkach - 1 or True jest 1, ale 1 jest również prawdą. Ale kiedyś był używany do emulowania operatora warunkowego ({[23] } w składni C, true_val if cond else false_val w Pythonie). Dla & i |, Typ wyniku zależy od tego, jak operandy przeciążają odpowiednie metody specjalne (True & False jest False, 99 & 7 jest 3, dla zbiorów jest to związek / przecięcie...).
   • dotyczy to również innych języki takie jak Ruby, Perl i Javascript

Ale nawet jeśli np. a_boolean & another_boolean będzie działać identycznie, właściwym rozwiązaniem jest użycie and - po prostu dlatego, że and i or są związane z wyrażeniem logicznym i warunkiem, podczas gdy & i | oznaczają bit twidling.

Oto kolejna różnica, która mnie zastanowiła przez jakiś czas: ponieważ & (i inne operatory bitowe) mają wyższy priorytet niż and (i inne operatory logiczne) następujące wyrażenia oceniają na różne wartości:

0 < 1 & 0 < 2

Kontra

0 < 1 and 0 < 2

W skrócie, pierwszy daje False jako odpowiednik 0 < (1 & 0) < 2, stąd 0 < 0 < 2, stąd 0 < 0 and 0 < 2.

Jeśli próbujesz wykonać operacje logiczne w numpy, Odpowiedź jest nieco inna. Możesz użyć & i | do operacji logicznych, ale and i or zwrócą błąd wartości.

Aby być po bezpiecznej stronie, możesz użyć funkcji logicznych numpy.

np.array([True, False, True]) | np.array([True, False, False])
# array([ True, False,  True], dtype=bool)

np.array([True, False, True]) or np.array([True, False, False])
# ValueError: The truth value of an array with more than one element is ambiguous. Use a.any() or a.all()

np.logical_or(np.array([True, False, True]), np.array([True, False, False]))
# array([ True, False,  True], dtype=bool)

Podpowiedź jest w nazwie:

• operatory logiczne służą do wykonywania operacji logicznych (testowanie prawdy powszechne w programowaniu i logice formalnej)
Operatory bitowe są dla "bit-twidling" (niskopoziomowa manipulacja bitami w typach danych bajtowych i numerycznych)

O ile możliwe i czasami pożądane (zazwyczaj ze względu na wydajność) jest wykonywanie operacji logicznych z operatorami bitowymi, to generalnie należy ich unikać w takich celem zapobiegania subtelnym błędom i niepożądanym skutkom ubocznym.

Jeśli trzeba manipulować bitami, wtedy operatory bitowe są specjalnie budowane. Zabawna książka: hakerzy zachwycają zawiera kilka fajnych i naprawdę użytecznych przykładów tego, co można osiągnąć dzięki bit-twidling.

Ogólną zasadą jest użycie odpowiedniego operatora dla istniejących operandów. Użycie boolean (logiczne) operatory z boolean operandów oraz bitowe operatorzy z (szerzej) integral operands (note: False {[8] } jest równoważne 0, and True to 1). Jedynym "trudnym" scenariuszem jest stosowanie operatorów logicznych do nie-logicznych operandów.
weźmy prosty przykład, opisany w [SO]: Python-różnice między 'and' I '&':
5 & 7 vs. 5 and 7.

Dla bitowego i (&), wszystko jest dość proste:

5     = 0b101
7     = 0b111
-----------------
5 & 7 = 0b101 = 5

Dla logicznego i, Oto co [Python.Docs]: Boolean operations states ( emfaza jest moja):

(zauważ, że ani i, ani ani nie ograniczają wartości i typu zwraca False i True , ale raczej zwraca ostatni oceniany argument .

Przykład :

>>> 5 and 7
7
>>> 7 and 5
5

Oczywiście to samo dotyczy | vs. lub .

Operacje logiczne są operacjami logicznymi.

Operacje bitowe:

>>> k = 1
>>> z = 3
>>> k & z  
1
>>> k | z  
3

Operacje:

• i &: 1 jeśli oba bity są 1, w przeciwnym razie 0
• lub |: 1 jeśli bit jest 1, w przeciwnym razie 0
• XOR ^: 1 jeśli bity są różne, 0 jeśli są takie same
• nie ~': Odwróć każdy bit

1. Ustawianie i rozliczanie Bity

Operacje logiczne:

>>> k = True
>>> z = False
>>> k & z  # and
False
>>> k | z  # or
True
>>> 

Boolean ' and ' vs. Bitwise '&':

Pseudo-kod / Python pomógł mi zrozumieć różnicę między nimi:

def boolAnd(A, B):
    # boolean 'and' returns either A or B
    if A == False:
        return A
    else:
        return B

def bitwiseAnd(A , B):
    # binary representation (e.g. 9 is '1001', 1 is '0001', etc.)

    binA = binary(A)
    binB = binary(B)



    # perform boolean 'and' on each pair of binaries in (A, B)
    # then return the result:
    # equivalent to: return ''.join([x*y for (x,y) in zip(binA, binB)])

    # assuming binA and binB are the same length
    result = []
    for i in range(len(binA)):
      compar = boolAnd(binA[i], binB[i]) 
      result.append(compar)

    # we want to return a string of 1s and 0s, not a list

    return ''.join(result)

Operacje Logiczne

Są zwykle używane do instrukcji warunkowych. Na przykład:

if a==2 and b>10:
    # Do something ...

Oznacza to, że jeśli oba warunki (a==2 i b>10) są prawdziwe w tym samym czasie, to ciało instrukcji warunkowej może być wykonane.

Operacje Bitowe

Są używane do manipulacji i ekstrakcji danych. Na przykład, jeśli chcesz wyodrębnić cztery LSB (najmniej znaczące Bity) liczby całkowitej, możesz to zrobić:

p & 0xF