Bitu paņēmienu operāciju izpratne: kāpēc JavaScript un Python dod atšķirīgus rezultātus

Bitu darbības JavaScript vs Python: kas jums jāzina

Bitu darbības ir būtiska zema līmeņa programmēšanas sastāvdaļa, ko bieži izmanto situācijās, kad ir nepieciešama veiktspējas optimizācija. Tomēr izstrādātāji var saskarties ar neparedzētu rīcību, pārnesot kodu no vienas valodas uz citu, jo īpaši starp JavaScript un Python. Izplatīta problēma rodas, veicot vienas un tās pašas bitu darbības abās valodās, tomēr iegūstot atšķirīgus rezultātus.

This discrepancy becomes evident when working with right-shift (>>Šī neatbilstība kļūst acīmredzama, strādājot ar labās maiņas (>>) un bitu UN (&) operācijām. Piemēram, izpildot to pašu darbību ar numuru 1728950959 abās valodās sniedz atšķirīgus rezultātus. JavaScript atgriežas 186, kamēr Python atgriežas 178, lai gan kods no pirmā acu uzmetiena šķiet identisks.

Problēmas pamatā ir dažādie veidi, kā šīs valodas apstrādā skaitļus, jo īpaši to pieejā binārajai aritmētikai un datu tipiem. Šo atšķirību izpratne ir būtiska, lai replicētu bitu darbības dažādās valodās, piemēram, JavaScript un Python. Bez šīm zināšanām izstrādātāji var saskarties ar neskaidrībām, kā redzams piemērā, ar kuru pašlaik strādājat.

Šajā rakstā mēs izpētīsim šo atšķirību cēloņus un palīdzēsim jums atrast risinājumu, lai sasniegtu konsekventus rezultātus gan JavaScript, gan Python. Iedziļināsimies šīs aizraujošās problēmas specifikā.

Izpētīt galvenās atšķirības bitveida operācijās starp JavaScript un Python

Iepriekš minētajos skriptos mēs izpētījām, kā darbojas JavaScript un Python bitu operācijas differently, particularly when using the right-shift (>> atšķirīgi, īpaši, ja tiek izmantoti labās maiņas (>>) un bitu UN (&) operatori. Pirmajā JavaScript piemērā komanda console.log() izvada operācijas rezultātu 1728950959 >>1728950959 >> 8 un 255. Tas pārbīda skaitļa 1728950959 bitus par astoņām vietām pa labi un pēc tam veic bitu UN ar 255, kas izolē pēdējos 8 bitus. Rezultāts ir 186. Tomēr, mēģinot šo pašu darbību Python, tā atgriež 178. Šī neatbilstība rodas tāpēc, ka katra valoda apstrādā veselus skaitļus, īpaši 32 bitu veselus skaitļus JavaScript.

Programmā Python veseliem skaitļiem ir patvaļīga precizitāte, kas nozīmē, ka to lielums var pieaugt, pamatojoties uz sistēmas atmiņu, savukārt JavaScript skaitļiem izmanto fiksēta lieluma 32 bitu zīmju veselus skaitļus. Šī būtiskā atšķirība ir iemesls, kāpēc Python izvade atšķiras no JavaScript. Lai risinātu šo problēmu, mēs izmantojām ctipi modulis Python, īpaši ctypes.c_int32() funkciju, lai emulētu JavaScript 32 bitu parakstīto veselo skaitļu uzvedību. Piespiežot Python uzskatīt skaitli kā 32 bitu veselu skaitli, rezultāts kļūst identisks JavaScript (186) rezultātam. Šī pieeja nodrošina, ka darbība abās valodās darbojas konsekventi.

Mēs arī izpētījām modulāru risinājumu Python, kur funkcija bitwise_shift_and() tika izveidots. Šī funkcija ļauj ievadīt skaitli, bitu nobīdes skaitu un bitu masku (šajā gadījumā — 255). Šī modularitāte nodrošina, ka funkciju var atkārtoti izmantot dažādām bitu operācijām, padarot kodu vieglāk uzturējamu un paplašināmu. Ievades validācija ir iebūvēta funkcijā, izmantojot isinstance () lai nodrošinātu, ka operācijā tiek nodoti tikai derīgi veseli skaitļi. Šī metode ne tikai atrisina sākotnējo problēmu, bet arī palielina elastību un kļūdu apstrādi, padarot skriptu izturīgāku.

Papildus šīm pieejām abos skriptos ir iekļauta vienību pārbaude, lai apstiprinātu izvades pareizību vairākās vidēs. Izmantošana pamēģini... izņemot bloks Python palīdz graciozi pārvaldīt kļūdas, nodrošinot atgriezenisko saiti, ja funkcijai tiek nodotas vērtības, kas nav veseli skaitļi. Šī pieeja nodrošina, ka skripts neizdosies negaidīti, un to var izmantot lielākās lietojumprogrammās, kur ievades veidi var atšķirties. JavaScript pusē console.log() tiek izmantots, lai pārbaudītu rezultātu, atvieglojot atkļūdošanu un bitu darbību pareizības pārbaudi.

// 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.

Padziļināti iedziļinieties bitveida operācijās dažādās programmēšanas valodās

Vēl viens svarīgs faktors, apspriežot bitu darbības starp JavaScript un Python, ir tas, kā katra valoda izturas pret veselu skaitļu pārpildīšanu un nepietiekamību. Programmā JavaScript skaitļi tiek saglabāti kā 64 bitu peldošā komata vērtības, bet bitu darbības ar tiem tiek veiktas kā veseli skaitļi ar 32 bitu zīmi. Tas nozīmē, ka, veicot maiņas, skaitlis vispirms tiek pārveidots par 32 bitu zīmi veselu skaitli, un visi biti, kas pārsniedz šo diapazonu, tiek izmesti, tādējādi radot iespējamās pārpildes vai nepietiekamības problēmas. No otras puses, Python nav fiksēta bitu skaita veseliem skaitļiem, kas ļauj tiem augt pēc vajadzības, neizraisot pārplūdi.

Turklāt JavaScript sākotnēji neatbalsta neparakstītus 32 bitu veselus skaitļus, kas var radīt neskaidrības, strādājot ar bināriem skaitļiem, kas pārsniedz 32 bitu veselo skaitļu diapazonu. Python ar savu spēju apstrādāt patvaļīgi lielus veselus skaitļus, bieži vien vienās un tajās pašās darbībās var radīt dažādus rezultātus. Valoda, ko izvēlaties konkrētai lietojumprogrammai, var būt atkarīga no aprēķiniem nepieciešamās precizitātes un no tā, kā vēlaties pārvaldīt skaitļu izmērus. Gadījumos, kad ir jāizvairās no veselu skaitļu pārpildes, Python dinamiskā rakstīšana var būt izdevīga.

Ir svarīgi ņemt vērā, ka JavaScript automātiski piespiež skaitļus, piemērojot bitu darbības. Ja pārvietojat lielāku skaitu vai strādājat ar pludiņiem, JavaScript vispirms tos piespiedīs 32 bitu veselos skaitļos. Tas ir pretstatā Python, kur jums ir pilnīga kontrole pār skaitļu attēlojumu un manipulācijām. Izpratne par šīm būtiskām atšķirībām starp abām valodām ļauj rakstīt efektīvāku un paredzamāku kodu, strādājot ar bitu operācijām.