理解位运算及使用场景

最近在看 APUE，函数 umask 的例子用到了位运算，认为这是个非常适合使用位运算的场景，有必要笔记一下。例子代码基于 golang,因为最近在学习 golang.

位运算

先来看下位运算的定义：程序中的所有数在计算机内存中都是以二进制的形式储存的。位运算说穿了，就是直接对整数在内存中的二进制位进行操作。摘自百度百科

比如，&运算本来是一个逻辑运算符，但整数与整数之间也可以进行&运算。举个例子，6 的二进制是 110，11 的二进制是 1011，那么 6 & 11 的结果就是 2，它是二进制对应位进行逻辑运算的结果（0 表示False，1 表示 True，空位都当 0 处理）,下面的代码是用 go 实现的：

func base() {
    a := 6		//    0110
    b := 11	//    1011
                //    ----
                // &  0010 => 2
                // |  1111 => 15
                // ^  1101 => 13
                // &^ 0100 => 4
    fmt.Println(a & b)
    fmt.Println(a | b)
    fmt.Println(a ^ b)
    fmt.Println(a &^ b)
}

四个位运算符说明如下：

0110 & 1011	= 0010 AND 都为1。
0110 | 1011 = 1111 OR 至少一个为1。
0110 ^ 1011 = 1101 XOR 只能一个为1。
0110 &^ 1011 = 0100 AND NOT 清除标志位。

应用场景-Umask

只是位运算的话理解起来挺容易的，但是这种位运算有毛用呢？适于用什么场景？下面我用 Unix 系统的 umask 概念来实践下位运算。关于 umask 的概念请参阅 http://linux.vbird.org/linux_basic/0220filemanager.php#umask。简单来讲，Unix 系统对于文件的权限用 9 个权限位来控制：

[-][rwx][r-x][r--]
 1  234  567  890

• r:可读 4
• w:可写 2
• x:可执行 1
• -:表示此权限被去除

第一位是用来表示是文件还是目录，先不用管它，主要是后面 9 位。我们经常在授权是用的到 644,755 都是用 r,w.x 这三个值相加得出的。为什么值分别是 4,2,1 呢，我们把 go 语言 sys 包中的源码拿出来看看就明白了：

const (
    S_IRUSR = 0x100 //用户可读
    S_IWUSR = 0x80	//用户可写
    S_IXUSR = 0x40	//用户可执行
    S_IRGRP = 0x20	//组可读
    S_IWGRP = 0x10	//组可写
    S_IXGRP = 0x8	//组可执行
    S_IROTH = 0x4	//其它可读
    S_IWOTH = 0x2	//其它可写
    S_IXOTH = 0x1	//其它可执行
)

这是 sys 包中定义的一些常量,我们来打印下这些都是啥玩意

    fmt.Printf("%9b %3d %s\n", S_IRUSR, S_IRUSR, "用户读")
    fmt.Printf("%9b %3d %s\n", S_IWUSR, S_IWUSR, "用户写")
    fmt.Printf("%9b %3d %s\n", S_IXUSR, S_IXUSR, "用户执行")

    fmt.Printf("%9b %3d %s\n", S_IRGRP, S_IRGRP, "组读 *")
    fmt.Printf("%9b %3d %s\n", S_IWGRP, S_IWGRP, "组写 *")
    fmt.Printf("%9b %3d %s\n", S_IXGRP, S_IXGRP, "组执行")

    fmt.Printf("%9b %3d %s\n", S_IROTH, S_IROTH, "其它读 *")
    fmt.Printf("%9b %3d %s\n", S_IWOTH, S_IWOTH, "其它写 *")
    fmt.Printf("%9b %3d %s\n", S_IXOTH, S_IXOTH, "其它执行")

// 输出
100000000 256 用户可读
 10000000 128 用户可写
  1000000  64 用户可执行
   100000  32 组可读 
    10000  16 组可写 
     1000   8 组可执行
      100   4 其它可读 
       10   2 其它可写 
        1   1 其它可执行

看明白了吧，其实就是把九个权限位置分别标志为 1，用二进制可以很清楚的表示权限位，4,2,1 也就是这么来的。那么 umask 的就可以利用这个位运算，代码如下：

	package main

	import (
		"fmt"
		"golang.org/x/sys/unix"
		"os"
	)

	func main() {
		unix.Umask(0)
		_, err := os.Create("foo")
		if err != nil {
			fmt.Println("Create Error")
		}
		unix.Umask(unix.S_IRGRP | unix.S_IWGRP | unix.S_IROTH | unix.S_IWOTH)
		_, err2 := os.Create("bar")

		if err2 != nil {
			fmt.Println("Create Error")
		}
	}
	

上面的代码可以看到，unix.S_IRGRP | unix.S_IWGRP | unix.S_IROTH | unix.S_IWOTH 就利用了位运算，程序先后创建了两个文件 foo，bar, 创建 bar 文件时，文件初始权限把组和其它中的可读和可写去除了，所以我们用 ls -la foo bar 命令可以看到输出如下：

[vagrant@mydev ~]$ ls -la foo bar
-rw-------. 1 vagrant vagrant 0 Oct 26 02:54 bar
-rw-rw-rw-. 1 vagrant vagrant 0 Oct 26 02:54 foo

再用 9 个权限位的二进制图说明下：

	100000000 256 用户可读
	 10000000 128 用户可写
	  1000000  64 用户可执行
	   100000  32 组可读 *
	    10000  16 组可写 *
	     1000   8 组可执行
	      100   4 其它可读 *
	       10   2 其它可写 *
	        1   1 其它可执行
	---------
	   110110	unix.S_IRGRP | unix.S_IWGRP | unix.S_IROTH | unix.S_IWOTH

umask 四个参数我用型号标出来了，那经过**| 位运算最终结果就是 110110**,言外之意就是 umask 把标志为 1 的权限位去除了。

最后我把权限位二进制打印代码贴出来