„Bitwise“ operacijų supratimas: kodėl „JavaScript“ ir „Python“ duoda skirtingus rezultatus

„Bitwise“ operacijos „JavaScript“ ir „Python“: ką reikia žinoti

Bitinės operacijos yra esminė žemo lygio programavimo dalis, dažnai naudojama tais atvejais, kai būtina optimizuoti našumą. Tačiau kūrėjai gali susidurti su netikėtu elgesiu perkeldami kodą iš vienos kalbos į kitą, ypač tarp JavaScript ir Python. Dažna problema iškyla atliekant tas pačias bitų operacijas abiem kalbomis, tačiau gaunami skirtingi rezultatai.

This discrepancy becomes evident when working with right-shift (>>Šis neatitikimas išryškėja dirbant su poslinkio dešinėn (>>) ir bitų IR (&) operacijomis. Pavyzdžiui, atliekant tą pačią operaciją su numeriu 1728950959 abiem kalbomis duoda skirtingus rezultatus. „JavaScript“ grįžta 186, o Python grįžta 178, nors kodas iš pirmo žvilgsnio atrodo identiškas.

Problemos esmė slypi skirtinguose būduose, kuriuose šios kalbos apdoroja skaičius, ypač jų požiūriu į dvejetainę aritmetiką ir duomenų tipus. Suprasti šiuos skirtumus būtina norint atkartoti bitų operacijas tokiomis kalbomis kaip JavaScript ir Python. Be šių žinių kūrėjai gali susidurti su painiava, kaip matyti pavyzdyje, su kuriuo šiuo metu dirbate.

Šiame straipsnyje išnagrinėsime pagrindines šių skirtumų priežastis ir padėsime rasti sprendimą, kaip pasiekti nuoseklių „JavaScript“ ir „Python“ rezultatų. Pasinerkime į šios įdomios problemos specifiką.

Pagrindinių „JavaScript“ ir „Python“ bitų operacijų skirtumų tyrinėjimas

Aukščiau pateiktuose scenarijuose ištyrėme, kaip veikia „JavaScript“ ir „Python“. bitinės operacijos differently, particularly when using the right-shift (>> skirtingai, ypač kai naudojami poslinkio dešinėn (>>) ir bitų IR (&) operatoriai. Pirmajame „JavaScript“ pavyzdyje komanda console.log() išveda operacijos rezultatą 1728950959 >>1728950959 >> 8 ir 255. Skaičiaus 1728950959 bitai perkeliami aštuoniomis vietomis į dešinę, o tada atliekami bitai AND su 255, o tai išskiria paskutinius 8 bitus. Rezultatas yra 186. Tačiau kai tą pačią operaciją bandoma atlikti Python, ji grąžina 178. Šis neatitikimas atsiranda dėl to, kaip kiekviena kalba apdoroja sveikuosius skaičius, ypač su ženklu pažymėtus 32 bitų sveikuosius skaičius JavaScript.

Python programoje sveikieji skaičiai yra savavališko tikslumo, o tai reiškia, kad jų dydis gali padidėti atsižvelgiant į sistemos atmintį, o „JavaScript“ skaičiams naudoja fiksuoto dydžio 32 bitų sveikuosius skaičius. Dėl šio esminio skirtumo Python išvestis skiriasi nuo JavaScript. Norėdami išspręsti šią problemą, naudojome ctipai modulis Python, konkrečiai ctypes.c_int32() funkcija, kad imituotų „JavaScript“ 32 bitų sveikųjų ženklų elgseną. Priverčiant Python skaičių traktuoti kaip sveikąjį skaičių su 32 bitų ženklu, rezultatas tampa identiškas „JavaScript“ (186). Šis metodas užtikrina, kad operacija abiem kalbomis veiktų nuosekliai.

Taip pat ištyrėme modulinį „Python“ sprendimą, kuriame funkcija bitwise_shift_and() buvo sukurtas. Ši funkcija leidžia įvesti skaičių, bitų poslinkių skaičių ir bitų kaukę (šiuo atveju 255). Šis moduliškumas užtikrina, kad funkcija gali būti pakartotinai naudojama įvairioms bitų operacijoms, todėl kodą lengviau prižiūrėti ir išplėsti. Įvesties patvirtinimas yra integruotas į funkciją naudojant isinstance () kad į operaciją būtų perduodami tik galiojantys sveikieji skaičiai. Šis metodas ne tik išsprendžia pradinę problemą, bet ir suteikia lankstumo bei klaidų valdymo, todėl scenarijus tampa tvirtesnis.

Be šių metodų, abu scenarijai apima vienetų testavimą, siekiant patvirtinti išvesties teisingumą keliose aplinkose. Naudojimas pabandyk... nebent blokas Python padeda grakščiai valdyti klaidas ir suteikia grįžtamąjį ryšį, jei funkcijai perduodamos ne sveikosios reikšmės. Šis metodas užtikrina, kad scenarijus netikėtai nesuges ir gali būti naudojamas didesnėse programose, kur įvesties tipai gali skirtis. „JavaScript“ pusėje console.log() naudojamas rezultatui patikrinti, todėl lengviau derinti ir patikrinti bitų operacijų teisingumą.

// 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.

Giliai pasinerkite į bitines operacijas skirtingomis programavimo kalbomis

Kitas svarbus veiksnys aptariant bitines operacijas tarp JavaScript ir Python yra tai, kaip kiekviena kalba traktuoja sveikųjų skaičių perpildymą ir perpildymą. „JavaScript“ programoje skaičiai saugomi kaip 64 bitų slankiojo kablelio reikšmės, tačiau bitų operacijos su jais atliekamos kaip 32 bitų sveikieji skaičiai. Tai reiškia, kad atliekant poslinkius, skaičius pirmiausia konvertuojamas į 32 bitų sveikąjį skaičių, o visi bitai, esantys už šio diapazono, yra atmetami, todėl gali kilti perpildymo arba pertrūkio problemų. Kita vertus, „Python“ neturi fiksuoto sveikųjų skaičių bitų skaičiaus, todėl jie gali augti pagal poreikį nesukeliant perpildymo.

Be to, „JavaScript“ nepalaiko nežymių 32 bitų sveikųjų skaičių, todėl gali kilti painiavos dirbant su dvejetainiais skaičiais, viršijančiais pasirašytų 32 bitų sveikųjų skaičių diapazoną. Python, turėdamas galimybę tvarkyti savavališkai didelius sveikuosius skaičius, dažnai gali duoti skirtingus rezultatus atliekant tas pačias operacijas. Konkrečiai programai pasirinkta kalba gali priklausyti nuo skaičiavimų tikslumo ir nuo to, kaip norite valdyti skaičių dydžius. Tais atvejais, kai reikia vengti sveikųjų ženklų perpildymo, Python dinaminis spausdinimas gali būti naudingas.

Svarbu pažymėti, kad „JavaScript“ automatiškai priverčia skaičius, kai taiko bitines operacijas. Jei perkeliate didesnį skaičių arba dirbate su plūdėmis, „JavaScript“ pirmiausia juos suvers į 32 bitų sveikuosius skaičius. Tai skiriasi nuo Python, kur jūs visiškai kontroliuojate, kaip skaičiai pateikiami ir kaip jais manipuliuojama. Suprasdami šiuos esminius dviejų kalbų skirtumus, galite rašyti efektyvesnį ir nuspėjamesnį kodą dirbant su bitinėmis operacijomis.