今天我需要一个简单的算法来检查一个数字是否是2的幂。

该算法需要:

简单的 适用于任何ulong值。

我想出了这个简单的算法:

private bool IsPowerOfTwo(ulong number)
{
    if (number == 0)
        return false;

    for (ulong power = 1; power > 0; power = power << 1)
    {
        // This for loop used shifting for powers of 2, meaning
        // that the value will become 0 after the last shift
        // (from binary 1000...0000 to 0000...0000) then, the 'for'
        // loop will break out.

        if (power == number)
            return true;
        if (power > number)
            return false;
    }
    return false;
}

但后来我想:如何检查log2x是否恰好是一个整数呢?当我检查2^63+1时,Math.Log()因为四舍五入而返回恰好63。我检查了2的63次方是否等于原来的数,结果是正确的,因为计算是双倍的,而不是精确的数字。

private bool IsPowerOfTwo_2(ulong number)
{
    double log = Math.Log(number, 2);
    double pow = Math.Pow(2, Math.Round(log));
    return pow == number;
}

这对于给定的错误值返回true: 9223372036854775809。

有没有更好的算法?


当前回答

bool isPow2 = ((x & ~(x-1))==x)? !!x : 0;

其他回答

我看到很多答案都建议返回n && !(n & (n - 1)),但根据我的经验,如果输入值为负,它会返回假值。 我将在这里分享另一种简单的方法,因为我们知道2的幂数只有一个集位,所以简单地,我们将计算集位的数量,这将花费O(log N)时间。

while (n > 0) {
    int count = 0;
    n = n & (n - 1);
    count++;
}
return count == 1;

检查这篇文章数不清。固定位的

有很多答案和发布的链接解释了为什么n & (n-1) == 0适用于2的幂,但我找不到任何解释为什么它不适用于非2的幂,所以我只是为了完整起见添加了这个。

对于n = 1(2^0 = 1) 1 & 0 = 0,没问题。

对于奇数n > 1, 1至少有2位(最左位和最右位)。现在n和n-1只差最右位,所以它们的&和至少在最左位有一个1,所以n & (n-1) != 0:

n:          1xxxx1  for odd n > 1
n-1:        1xxxx0
            ------
n & (n-1):  1xxxx0 != 0

现在即使n不是2的幂,我们也至少有2位1(最左和非最右)。在这里,n和n-1最多相差1位,所以它们的&和也至少在最左边有一个1:

        right-most 1 bit of n
                 v
n:          1xxxx100..00 for even n
n-1:        1xxxx011..11
            ------------
n & (n-1):  1xxxx000..00 != 0

下面是一个简单的c++解决方案:

bool IsPowerOfTwo( unsigned int i )
{
    return std::bitset<32>(i).count() == 1;
}

在这种方法中,您可以检查整数中是否只有1个设置位,并且整数为> 0 (c++)。

bool is_pow_of_2(int n){
    int count = 0;
    for(int i = 0; i < 32; i++){
        count += (n>>i & 1);
    }
    return count == 1 && n > 0;
}

解决这个问题有一个简单的技巧:

bool IsPowerOfTwo(ulong x)
{
    return (x & (x - 1)) == 0;
}

注意,这个函数对于0报告为真,因为0不是2的幂。如果你想排除这种情况,以下是方法:

bool IsPowerOfTwo(ulong x)
{
    return (x != 0) && ((x & (x - 1)) == 0);
}

解释

首先,MSDN定义中的按位二进制&运算符:

二进制和操作符是为整型和bool类型预定义的。为 整型,&计算其操作数的逻辑位与。 对于bool操作数,&计算其操作数的逻辑与;那 Is,当且仅当它的两个操作数都为真时,结果为真。

现在让我们来看看这一切是如何发生的:

该函数返回布尔值(true / false),并接受一个unsigned long类型的传入参数(在本例中为x)。为了简单起见,让我们假设有人传递了值4,并像这样调用函数:

bool b = IsPowerOfTwo(4)

现在我们将x的每一次出现都替换为4:

return (4 != 0) && ((4 & (4-1)) == 0);

我们已经知道4 != 0的值为真,到目前为止还不错。但是:

((4 & (4-1)) == 0)

当然,这可以转化为:

((4 & 3) == 0)

但是4和3到底是什么呢?

4的二进制表示是100,3的二进制表示是011(记住&取这些数字的二进制表示)。所以我们有:

100 = 4
011 = 3

想象一下这些值像基本加法一样堆积起来。&运算符表示,如果两个值都等于1,则结果为1,否则为0。1 & 1 = 1,1 & 0 = 0,0 & 0 = 0, 0 & 1 = 0。我们来算算:

100
011
----
000

结果就是0。所以我们回过头来看看return语句现在转换成了什么:

return (4 != 0) && ((4 & 3) == 0);

现在翻译过来就是:

return true && (0 == 0);
return true && true;

我们都知道true && true就是true,这表明在我们的例子中,4是2的幂。