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2019
08-09

位运算在 PHP 实际项目当中的高级运用



位运算想必软件相关专业的同学应该非常清楚。非科班专业出身的也不要着急。今天博主就带着大家一起来回顾一下这些基础知识,同时也会讲位运算在PHP 实际项目当中的高级运用技巧。

一、位运算知识回顾

在大学的时候,我们会有一门课程《计算机组成原理》。当然,每所高校的课程名称不尽相同。这个咱们先别计较。PHP 手册当中,专门对位运算及位运算符进行了使用介绍。https://www.php.net/manual/zh/language.operators.bitwise.php

1) 按位与运算符:&

之所以称为位运算,指的是在运算过程中,我们会把两组需要位运算的数值进行二进制化,然后两组二进制的数字从低位向左对齐。这里的位指的是二进制数字的位置。而按位与运算符指的是两组数值每一位相与,同为 1 则 结果为 1,否则为 0。看 PHP 示例:
echo 1 & 3; // 输出:1
为什么会输出 1 呢?那是因为:1 的二进制表示结果为:01。3 的二进制表示结果为:11。那么这两组二进制结果对齐之后的运算流程如下:
01
11
——
01
从右往左进行位运算,都 为 1 则结果为1,否则为 0。结果自然是 01。而 01 转换成十进制就是 1 。所以,输出的结果为 1。再看一组示例吧:
echo 2 & 10; // 输出:2
我们来看看运算过程:
10
1010
——————
0010
0010 转换成十进制就是 2。一定要记得是向左对齐。或者称为低位顺位对齐模式。如果你不会十进制转二进制或二进制转十进制不会。那么,下面这两个方法能帮助你。
echo decbin(10); // 十进制转二进制。
echo bindec(10); // 二进制转十进制。

2) 按位或运算符:|

这个跟上面的按位与运算符稍微有一点不同:只要两组数字当中有只要有一位是 1 则结果就为 1。看示例:
echo 2 | 10; // 输出结果:10
运算过程:
10
1010
——————
1010
1010 的十进制结果就是 10。

3) 按位异或运算符:^

这个运算符比较有意思:两组数字必须是一组 0 与 1 结果才为 1。1 与 1 和 0 与1 都是 0。看示例:
echo 1 ^ 1; // 输出结果:0
echo 1 ^ 0; // 输出结果:1
1 ^ 1 运算过程:
01
01
——
00
1 ^ 0 运算过程:
01
00
——
01
这个很简单。没啥好说的。反正不相同就为 1,相同就为 0。

4) 其他位运算符:~、>>、<<

~ 按位取反运算符、>> 右移运算符、<< 左移运算符。它们的操作数都是一个。所以,与上面的两个操作数的位运算符有着非常明显的区别。在 PHP 实际编程当中,运用比较少。权当知识了解即可。

二、高级动用技巧

我们在上面对位运算符的知识进行了回顾。为的就是要在接下来的实际项目中怎样运用它解决实际问题。我们首先来看一个系统中常见的需求:有一个广告表,我们要对广告做显示控制:

手动上下线。

只允许 VIP 查看。


可能的表结构如下:
CREATE TABLE `finger_ad` (
  `ad_id` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
  `ad_name` varchar(50) NOT NULL COMMENT '广告名称',
  `ad_image_url` varchar(255) NOT NULL COMMENT '广告图片',
  `ad_url` varchar(255) NOT NULL COMMENT '广告图片URL跳转地址',
  `is_vip` tinyint(1) NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '是否仅限 VIP 显示',
  `display` tinyint(1) NOT NULL DEFAULT '1' COMMENT '显示状态:1显示、0隐藏',
  PRIMARY KEY (`ad_id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8 COMMENT='广告表';

假如后期,我们需求更改了。需要再增加几种限制:

已登录用户

未登录用户

30 天内未登录用户

注册 30 天的用户


遇到这种限制条件的需求,开发同学是不是很伤脑筋?可能很多开发第一反应就是在表结构增加这种新增的限制条件字段。一切看来似乎很美好。的确,这样添加字段是最快最容易的方式。也能完成我们的需求。但是,这样会引来如下毛病:

每次增加限制条件。我们都要增加字段。这种对数据库的更动能少改就少改。毕竟,无限制的增加字段不可取。

假如广告表数据量很大。大到增加一个字段需要几分钟的时候,这会给数据库服务器造成读写压力。

条件越多,SQL 条件语句就会越来越长。


那么,还有没有更好的方式解决这些问题呢?答案:有!这就是我们今天要讲的按位与运算符的高级技巧。我们把上面的表结构改一下:
DROP TABLE IF EXISTS `finger_ad`;
CREATE TABLE `finger_ad` (
  `ad_id` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
  `ad_name` varchar(50) NOT NULL COMMENT '广告名称',
  `ad_image_url` varchar(255) NOT NULL COMMENT '广告图片',
  `ad_url` varchar(255) NOT NULL COMMENT '广告图片URL跳转地址',
  `bit_condition` INT(11) UNSIGNED NOT NULL COMMENT '位运算条件:1-登录可访问、2-未登录可访问、4-30天注册可访问、8-30天未登录可访问、16-未消费可访问、32-VIP可访问',
  `display` tinyint(1) NOT NULL DEFAULT '1' COMMENT '显示状态:1显示、0隐藏',
  PRIMARY KEY (`ad_id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET UTF8 COMMENT='广告表';
我们把所有的条件都去掉了。增加了一个字段:bit_condition 。把所有的条件都组合到一个字段。那我们此时该如何写代码呢?比如,现在要添加如下限制条件的广告:只允许登录用户访问或已注册 30 天用户或是 VIP 用户才允许访问该广告。那么,这个广告的bit_condition 该如何设置值呢?很简单,把这几个条件的位值直接相加。此时值为:37。很多可能会很奇怪。设置为 37 ,我怎么知道是这几个值的和呢?如果对 Linux 系统权限熟悉的同学就很容易理解这种做法。实际上,这里运用了按位与运算的特性:任意组合相加的值不会重复。这个理解起来有一定难度。我三两句也很难给你梳理明白。大家可以在网上深入挖掘一下这方面儿的知识。你只需要知道这一点特点即可。那么,现在我们该如何写 SQL 呢?示例如下:
SELECT * FROM finger_ad WHERE display = 1 AND bit_condition & 3 = bit_condition
这条 SQL 语句当中的 3 对应的是当前用户针对这么多条件得到的数值。如果bit_condition位值是与 3 按位与与bit_condition 结果相同,说明条件符合。我们通过一个字段解决了所有条件的问题。着实得感谢按位与运算符的特性。同时也对MySQL能支持位运算符感到开心。那么,它有什么缺点呢?想必有经验的同学已经看出来了。这种写法只能满足包含关系。假如要实现同时满足 3 个条件才能访问就不行了。或者,一个满足另外一个取反。优点明显,同样缺点也很明显。大家要根据实际情况来选用。

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