问题

为什么程序语言要设计成使用这么多shift?

回答
在我看来,你问的“shift”大概率是指“位移操作”,也就是将一个数的二进制位向左或向右移动。如果我的理解有误,还请指正。

其实,计算机的世界归根结底是0和1的海洋。我们人类之所以能看到五彩斑斓的世界,是因为我们的大脑能够将这些0和1的信息转化为我们能够理解的视觉信号。而程序语言,正是为了方便我们与计算机沟通而诞生的桥梁。

想想看,计算机处理信息最基本的方式就是通过对二进制位的操作。位移操作,正是一种非常直接且高效地操作这些二进制位的方法。它就像是你在玩乐高积木,你可以把一堆积木按顺序排列,然后把整个队伍往前挪一格,或者往后挪一格。在计算机里,这些“积木”就是二进制的“0”和“1”,而“挪动”的过程,就是位移操作。

那么,为什么它会频繁出现在程序设计中呢?原因有很多,而且都围绕着效率和直接性:

首先,数学上的高效性。位移操作在底层硬件层面是极其快速的。一个左移一位,在数学上相当于乘以2。一个右移一位,则相当于除以2(整数除法)。这比你让CPU去执行一个乘法或除法指令要快得多。当你在处理大量数据,需要反复进行这些乘除运算时,使用位移操作就能显著提升程序的运行速度。就好比你不是去计算“2+2+2+2+2”,而是直接写“2 5”。位移就是计算机执行“乘以2”的最快方式。

其次,位操作的强大能力。除了简单的乘除2,位移操作更是进行各种“位魔术”的基础。很多底层的通信协议、数据加密、图像处理、图形渲染,甚至是操作系统内核的很多细节,都离不开对二进制位的直接控制。

数据打包与解包:想象一下,你有一个字节(8位),需要从中提取出某几位的信息,或者将几个小的值组合成一个大值。位移操作配合“按位与”(&)、“按位或”(|)等操作,就能非常精妙地完成这些任务。例如,你想从一个字节里取出高4位,你可以先把这个字节左移4位,让高4位跑到低4位的位置,然后再用一个“全1”的掩码(比如10000000)按位与,就能精确地提取出那4位。这比你用各种加减乘除去计算偏移量要直观和高效得多。
权限管理:在一些系统中,比如Linux的文件权限,就是用不同的位来表示读、写、执行的。通过位移操作,可以方便地检查或设置某个用户的特定权限。
状态标记:在一个变量的各个位上存储不同的状态信息,也是一个常见的用法。比如,在一个字节里,第0位代表“是否开启”,第1位代表“是否出错”,第2位代表“是否完成”。通过位移操作,你可以轻松地读取或修改某一个状态位,而不会影响其他状态位。
算法的精妙设计:很多经典的算法,比如某些排序算法、查找算法,甚至加密算法,其核心都可能涉及到位移操作,用来快速地重组数据、计算地址或者产生伪随机数。

再者,语言设计的哲学。一些程序语言,特别是C、C++这类“近乎硬件”的语言,它们的设计初衷就是为了让程序员能够更贴近计算机的底层工作方式。在这种哲学下,提供直接的位移操作,就显得非常自然,因为这是一种非常底层且高效的计算方式。它允许程序员在必要的时候,直接“掌控”二进制的脉搏,从而写出性能极致的代码。

当然,你也看到了,现在很多高级语言,比如Python,虽然也支持位移操作,但可能不如C/C++那样频繁地直接出现在日常的业务逻辑中。这是因为高级语言抽象得更多,它会用更易于理解的函数或方法来封装这些底层的操作,让你不必过于关注二进制的细节。但是,当你深入到某些需要极致性能的场景,或者理解某些底层库的实现时,你仍然会发现位移操作的身影。

总而言之,位移操作并不是“多余”的,它是计算机处理信息最根本、最高效的手段之一。程序语言之所以保留和广泛使用它,是为了让程序员能够:

1. 享受硬件带来的速度优势:实现更快的计算。
2. 进行精细的数据操控:处理二进制层面的复杂逻辑。
3. 写出更接近机器本质的代码:在某些场景下,直接的位操作比复杂的算术运算更清晰。

这是一种权衡,也是一种能力。就像学好一门语言,你不仅要知道怎么用日常的词汇聊天,还需要掌握一些专业的术语和表达方式,才能在更专业的领域进行深入的交流。位移操作,就是程序语言中这样一种“专业术语”,它承载着高效、直接和强大的能力。

网友意见

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因为很显然程序写成下面这个样子更费事儿:

       namespace Test begin    class Program   begin     function Main args none     begin       declare x as int = 0       for declare i as int = 0 while i lessthan 100 then i = i add 1       begin         invoke Console.WriteLine x = x add i       end     end   end end      

顺便说一下上面的代码是从C#代码翻译过来的,其实就是把所有除了=之外的符号全部都换成关键词了,另外也根据一些可能歧义的地方做了一些小修饰看起来像是一个真正的编程语言。

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