فهم عمليات Bitwise: لماذا تنتج JavaScript وPython نتائج مختلفة

عمليات Bitwise في JavaScript مقابل Python: ما تحتاج إلى معرفته

تعد عمليات Bitwise جزءًا مهمًا من البرمجة ذات المستوى المنخفض، وغالبًا ما تستخدم في المواقف التي يكون فيها تحسين الأداء ضروريًا. ومع ذلك، قد يواجه المطورون سلوكًا غير متوقع عند نقل التعليمات البرمجية من لغة إلى أخرى، خاصة بين JavaScript وPython. تنشأ مشكلة شائعة عند إجراء نفس العمليات المتعلقة بالبت في كلتا اللغتين، مع الحصول على نتائج مختلفة.

This discrepancy becomes evident when working with right-shift (>>يصبح هذا التناقض واضحًا عند العمل مع عمليات التحول لليمين (>>) وعمليات AND (&). على سبيل المثال، تنفيذ نفس العملية على الرقم 1728950959 في كلتا اللغتين يعطي مخرجات متميزة. تعود جافا سكريبت 186بينما تعود بايثون 178، على الرغم من أن الكود يبدو متطابقًا للوهلة الأولى.

يكمن جذر المشكلة في الطرق المختلفة التي تتعامل بها هذه اللغات مع الأرقام، وخاصة أسلوبها في الحساب الثنائي وأنواع البيانات. يعد فهم هذه الاختلافات أمرًا ضروريًا لتكرار عمليات البت عبر لغات مثل JavaScript وPython. وبدون هذه المعرفة، قد يواجه المطورون ارتباكًا، كما هو موضح في المثال الذي تعمل معه حاليًا.

في هذه المقالة، سنستكشف الأسباب الكامنة وراء هذه الاختلافات ونرشدك إلى حل لتحقيق نتائج متسقة في كل من JavaScript وPython. دعونا نتعمق في تفاصيل هذه المشكلة الرائعة.

استكشاف الاختلافات الرئيسية في عمليات Bitwise بين JavaScript وPython

في النصوص أعلاه، اكتشفنا كيفية التعامل مع JavaScript وPython عمليات البت differently, particularly when using the right-shift (>> بشكل مختلف، لا سيما عند استخدام عوامل التشغيل ذات الاتجاه الأيمن (>>) ومعامل البت AND (&). في المثال الأول لجافا سكريبت، الأمر console.log() يخرج نتيجة العملية 1728950959 >>1728950959 >> 8 و 255. يؤدي هذا إلى إزاحة بتات الرقم 1728950959 ثمانية أماكن إلى اليمين، ثم يتم تنفيذ عملية AND بـ 255، مما يعزل آخر 8 بتات. والنتيجة هي 186. ومع ذلك، عند محاولة هذه العملية نفسها في بايثون، فإنها تُرجع 178. وينشأ هذا التناقض بسبب كيفية تعامل كل لغة مع الأعداد الصحيحة، وخاصة الأعداد الصحيحة ذات 32 بت في JavaScript.

في بايثون، تكون الأعداد الصحيحة ذات دقة اعتباطية، مما يعني أنها يمكن أن تنمو في الحجم بناءً على ذاكرة النظام، بينما تستخدم جافا سكريبت أعدادًا صحيحة ذات إشارة 32 بت ذات حجم ثابت للأرقام. هذا الاختلاف الأساسي هو ما يجعل مخرجات بايثون تختلف عن مخرجات جافا سكريبت. لمعالجة هذه المشكلة، استخدمنا com.ctypes الوحدة النمطية في بايثون، وتحديدًا ctypes.c_int32() وظيفة، لمحاكاة سلوك عدد صحيح موقع 32 بت في جافا سكريبت. من خلال إجبار بايثون على التعامل مع الرقم كعدد صحيح موقّع 32 بت، تصبح النتيجة مطابقة لتلك الخاصة بجافا سكريبت (186). يضمن هذا الأسلوب أن العملية تتصرف بطريقة متسقة عبر كلتا اللغتين.

لقد استكشفنا أيضًا حلاً معياريًا في بايثون، حيث يتم استخدام الدالة bitwise_shift_and() تم إنشاؤه. تسمح هذه الوظيفة بإدخال رقم، وعدد إزاحات البت، وقناع البت (في هذه الحالة، 255). تضمن هذه الوحدة إمكانية إعادة استخدام الوظيفة لعمليات مختلفة للبت، مما يجعل صيانة التعليمات البرمجية وتوسيعها أسهل. تم تضمين التحقق من صحة الإدخال في الوظيفة باستخدام مثيل () لضمان تمرير الأعداد الصحيحة الصالحة فقط إلى العملية. لا تعمل هذه الطريقة على حل المشكلة الأولية فحسب، بل تضيف أيضًا المرونة ومعالجة الأخطاء، مما يجعل البرنامج النصي أكثر قوة.

بالإضافة إلى هذه الأساليب، يتضمن كلا البرنامجين اختبار الوحدة للتحقق من صحة الإخراج في بيئات متعددة. استخدام حاول...إلا تساعد الكتلة في Python على إدارة الأخطاء بأمان، مما يوفر تعليقات إذا تم تمرير قيم غير صحيحة إلى الوظيفة. يضمن هذا الأسلوب عدم فشل البرنامج النصي بشكل غير متوقع ويمكن استخدامه في التطبيقات الأكبر حيث قد تختلف أنواع الإدخال. ومن ناحية جافا سكريبت، console.log() يتم استخدامه للتحقق من النتيجة، مما يسهل تصحيح الأخطاء والتحقق من صحة عمليات البت.

// JavaScript: Replicating the issue
console.log(1728950959 >> 8 & 255); // Outputs 186 in JavaScript

// Explanation:
// JavaScript uses 32-bit signed integers, and the right-shift operation shifts the bits.
// The '&' operator masks the last 8 bits of the shifted value, hence 186 is the result.

// Backend Python example showing the issue
print(1728950959 >> 8 & 255) # Outputs 178 in Python

# Explanation:
# Python handles integers differently; it has arbitrary precision.
# This leads to a different result due to how it handles shifts and bitwise operations.

# Python: Emulating 32-bit signed integers with ctypes library
import ctypes

# Applying the 32-bit signed integer emulation
def emulate_js_shift(num):
    num = ctypes.c_int32(num).value  # Emulate 32-bit signed integer
    return (num >> 8) & 255

# Test case
print(emulate_js_shift(1728950959))  # Outputs 186, same as JavaScript

# Explanation:
# ctypes.c_int32 ensures that Python treats the number like a 32-bit signed integer.
# This approach matches JavaScript's behavior more closely.

# Python: Modular bitwise operation with optimized error handling
def bitwise_shift_and(num, shift, mask):
    if not isinstance(num, int) or not isinstance(shift, int):
        raise ValueError("Inputs must be integers")
    result = (num >> shift) & mask
    return result

# Test case
try:
    print(bitwise_shift_and(1728950959, 8, 255))  # Outputs 178
except ValueError as e:
    print(f"Error: {e}")

# This solution incorporates input validation and modular design, making it reusable.

الغوص العميق في عمليات Bitwise في لغات البرمجة المختلفة

هناك عامل رئيسي آخر عند مناقشة عمليات البت بين JavaScript وPython وهو كيفية تعامل كل لغة مع التجاوز والتجاوز الصحيح. في JavaScript، يتم تخزين الأرقام كقيم فاصلة عائمة بطول 64 بت، ولكن يتم تنفيذ عمليات البت عليها كأعداد صحيحة ذات علامة 32 بت. وهذا يعني أنه عند إجراء التحولات، يتم تحويل الرقم أولاً إلى عدد صحيح بعلامة 32 بت، ويتم تجاهل أي بتات تتجاوز هذا النطاق، مما يؤدي إلى مشكلات محتملة في تجاوز السعة أو تجاوز السعة. من ناحية أخرى، لا تمتلك لغة بايثون عددًا ثابتًا من البتات للأعداد الصحيحة، مما يسمح لها بالنمو حسب الحاجة دون التسبب في تجاوز الحد.

بالإضافة إلى ذلك، لا تدعم JavaScript الأعداد الصحيحة 32 بت غير الموقعة محليًا، مما قد يسبب ارتباكًا عند التعامل مع الأرقام الثنائية التي تتجاوز نطاق الأعداد الصحيحة 32 بت الموقعة. يمكن لبايثون، بفضل قدرتها على التعامل مع الأعداد الصحيحة الكبيرة بشكل تعسفي، أن تنتج في كثير من الأحيان نتائج مختلفة في نفس العمليات. قد تعتمد اللغة التي تختارها لتطبيق معين على الدقة المطلوبة لحساباتك وكيف تريد إدارة أحجام الأرقام. في الحالات التي يلزم فيها تجنب تجاوز الأعداد الصحيحة، قد تكون الكتابة الديناميكية في بايثون مفيدة.

من المهم ملاحظة أن JavaScript تجبر الأرقام تلقائيًا عند تطبيق عمليات البت. إذا كنت تقوم بنقل عدد أكبر أو التعامل مع الأعدادات، فستقوم JavaScript بإجبارها على أعداد صحيحة ذات علامة 32 بت أولاً. وهذا يتناقض مع بايثون، حيث لديك السيطرة الكاملة على كيفية تمثيل الأرقام ومعالجتها. يتيح لك فهم هذه الاختلافات الأساسية بين اللغتين كتابة تعليمات برمجية أكثر كفاءة وقابلية للتنبؤ بها عند العمل مع عمليات البت.