Побитовые операторы

Побитовые операторы позволяют считывать и устанавливать конкретные биты целых чисел.

Побитовые операторы
Пример Название Результат
$a & $b И Устанавливаются только те биты, которые установлены и в $a, и в $b.
$a | $b Или Устанавливаются те биты, которые установлены в $a или в $b.
$a ^ $b Исключающее или Устанавливаются только те биты, которые установлены либо только в $a, либо только в $b, но не в обоих одновременно.
~ $a Отрицание Устанавливаются те биты, которые не установлены в $a, и наоборот.
$a << $b Сдвиг влево Все биты переменной $a сдвигаются на $b позиций влево (каждая позиция подразумевает "умножение на 2")
$a >> $b Сдвиг вправо Все биты переменной $a сдвигаются на $b позиций вправо (каждая позиция подразумевает "деление на 2")

Побитовый сдвиг в PHP - это арифметическая операция. Биты, сдвинутые за границы числа, отбрасываются. Сдвиг влево дополняет число нулями справа, сдвигая в то же время знаковый бит числа влево, что означает что знак операнда не сохраняется. Сдвиг вправо сохраняет копию сдвинутого знакового бита слева, что означает что знак операнда сохраняется.

Используйте скобки для обеспечения необходимого приоритета операторов. Например, $a & $b == true сначала проверяет на равенство, а потом выполняет побитовое и; тогда как ($a & $b) == true сначала выполняет побитовое и, а потом выполняет проверку на равенство.

Если оба операдна для &, | и ^ строки, то операция будет производиться с кодами ASCII всех символов строки и в результате вернет строку. Во всех остальных случаях, оба операнда будут преобразованы к целому и результатом будет целое число.

Если операнд для ~ строка, то операция будет производиться с кодами ASCII всех символов строки и в результате вернет строку, в ином случае как операнд, так и результат, будут считаться целыми.

Оба операнда и результат выполнения << и >> всегда считаются за целое. 

      Опция настроек PHP error_reporting использует побитовые значения, обеспечивая
      реальную демонстрацию удаления значений битов. Чтобы показать все ошибки, кроме
      замечаний, инструкции в файле php.ini предлагают использовать:
      E_ALL & ~E_NOTICE
     

      Начинаем со значения E_ALL:
      00000000000000000111011111111111
      Затем берем значение E_NOTICE...
      00000000000000000000000000001000
      ... и инвертируем его с помощью ~:
      11111111111111111111111111110111
      Наконец, используем побитовое И (&), чтобы установить только те биты,
      которые установлены в единицу в обоих значениях:
      00000000000000000111011111110111
     

      Другой способ достичь этого - использовать ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (XOR, ^),
      чтобы получить только те биты, которые установлены в единицу
      либо только в одном, либо только в другом значении:
      E_ALL ^ E_NOTICE
     

      Опция error_reporting также может быть использована для демонстрации
      установки битов. Показать только ошибки и обрабатываемые ошибки можно
      следующим образом:
      E_ERROR | E_RECOVERABLE_ERROR
     

      Здесь мы комбинируем E_ERROR
      00000000000000000000000000000001
      и
      00000000000000000001000000000000
      с помощью оператора ИЛИ (|),
      чтобы получить биты, установленные хотя бы в одном операнде:
      00000000000000000001000000000001

Пример #1 Побитовыми операции И, ИЛИ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (AND, OR и XOR) над целыми числами

<?php
/*
 * Не обращайте внимания на этот верхний раздел кода,
 * это просто форматирование для более ясного вывода.
 */

$format = '(%1$2d = %1$04b) = (%2$2d = %2$04b)'
        . ' %3$s (%4$2d = %4$04b)' . "\n";

echo <<<EOH
 ----------   ----------- -- ----------
 результат      значение      оп тест
 ----------   ----------- -- ----------
EOH;


/*
 * Вот сами примеры.
 */

$values = array(0, 1, 2, 4, 8);
$test = 1 + 4;

echo "\n Побитовое И (AND) \n";
foreach ($values as $value) {
    $result = $value & $test;
    printf($format, $result, $value, '&', $test);
}

echo "\n Побитовое (включающее) ИЛИ (OR) \n";
foreach ($values as $value) {
    $result = $value | $test;
    printf($format, $result, $value, '|', $test);
}

echo "\n Побитовое ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (XOR) \n";
foreach ($values as $value) {
    $result = $value ^ $test;
    printf($format, $result, $value, '^', $test);
}
?>

Результат выполнения данного примера:

 ----------   ----------- -- ----------
 результат      значение      оп тест
 ----------   ----------- -- ----------
 Побитовое И (AND)
( 0 = 0000) = ( 0 = 0000) & ( 5 = 0101)
( 1 = 0001) = ( 1 = 0001) & ( 5 = 0101)
( 0 = 0000) = ( 2 = 0010) & ( 5 = 0101)
( 4 = 0100) = ( 4 = 0100) & ( 5 = 0101)
( 0 = 0000) = ( 8 = 1000) & ( 5 = 0101)

 Побитовое (включающее) ИЛИ (OR)
( 5 = 0101) = ( 0 = 0000) | ( 5 = 0101)
( 5 = 0101) = ( 1 = 0001) | ( 5 = 0101)
( 7 = 0111) = ( 2 = 0010) | ( 5 = 0101)
( 5 = 0101) = ( 4 = 0100) | ( 5 = 0101)
(13 = 1101) = ( 8 = 1000) | ( 5 = 0101)

 Побитовое ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (XOR)
( 5 = 0101) = ( 0 = 0000) ^ ( 5 = 0101)
( 4 = 0100) = ( 1 = 0001) ^ ( 5 = 0101)
( 7 = 0111) = ( 2 = 0010) ^ ( 5 = 0101)
( 1 = 0001) = ( 4 = 0100) ^ ( 5 = 0101)
(13 = 1101) = ( 8 = 1000) ^ ( 5 = 0101)

Пример #2 Побитовая операция ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (XOR) над строками

<?php
echo 12 ^ 9; // Выводит '5'

echo "12" ^ "9"; // Выводит символ Backspace (ascii 8)
                 // ('1' (ascii 49)) ^ ('9' (ascii 57)) = #8

echo "hallo" ^ "hello"; // Выводит ascii-значения #0 #4 #0 #0 #0
                        // 'a' ^ 'e' = #4

echo 2 ^ "3"; // Выводит 1
              // 2 ^ ((int)"3") == 1

echo "2" ^ 3; // Выводит 1
              // ((int)"2") ^ 3 == 1
?>

Пример #3 Побитовый сдвиг над целыми числами

<?php
/*
 * Несколько примеров.
 */

echo "\n--- СДВИГ ВПРАВО НАД ПОЛОЖИТЕЛЬНЫМИ ЦЕЛЫМИ ЧИСЛАМИ ---\n";

$val = 4;
$places = 1;
$res = $val >> $places;
p($res, $val, '>>', $places, 'слева была вставлена копия знакового бита');

$val = 4;
$places = 2;
$res = $val >> $places;
p($res, $val, '>>', $places);

$val = 4;
$places = 3;
$res = $val >> $places;
p($res, $val, '>>', $places, 'биты были выдвинуты за правый край');

$val = 4;
$places = 4;
$res = $val >> $places;
p($res, $val, '>>', $places, 'то же, что и выше; нельзя сдвинуть дальше 0');


echo "\n--- СДВИГ ВПРАВО НАД ОТРИЦАТЕЛЬНЫМИ ЦЕЛЫМИ ЧИСЛАМИ ---\n";

$val = -4;
$places = 1;
$res = $val >> $places;
p($res, $val, '>>', $places, 'слева была вставлена копия знакового бита');

$val = -4;
$places = 2;
$res = $val >> $places;
p($res, $val, '>>', $places, 'биты были выдвинуты за правый край');

$val = -4;
$places = 3;
$res = $val >> $places;
p($res, $val, '>>', $places, 'то же, что и выше; нельзя сдвинуть дальше -1');


echo "\n--- СДВИГ ВЛЕВО НАД ПОЛОЖИТЕЛЬНЫМИ ЦЕЛЫМИ ЧИСЛАМИ ---\n";

$val = 4;
$places = 1;
$res = $val << $places;
p($res, $val, '<<', $places, 'правый край был дополнен нулями');

$val = 4;
$places = (PHP_INT_SIZE * 8) - 4;
$res = $val << $places;
p($res, $val, '<<', $places);

$val = 4;
$places = (PHP_INT_SIZE * 8) - 3;
$res = $val << $places;
p($res, $val, '<<', $places, 'знаковые биты были выдвинуты');

$val = 4;
$places = (PHP_INT_SIZE * 8) - 2;
$res = $val << $places;
p($res, $val, '<<', $places, 'биты были выдвинуты за левый край');


echo "\n--- СДВИГ ВЛЕВО НАД ОТРИЦАТЕЛЬНЫМИ ЦЕЛЫМИ ЧИСЛАМИ ---\n";

$val = -4;
$places = 1;
$res = $val << $places;
p($res, $val, '<<', $places, 'правый край был дополнен нулями');

$val = -4;
$places = (PHP_INT_SIZE * 8) - 3;
$res = $val << $places;
p($res, $val, '<<', $places);

$val = -4;
$places = (PHP_INT_SIZE * 8) - 2;
$res = $val << $places;
p($res, $val, '<<', $places, 'биты были выдвинуты за левый край, включая знаковый бит');


/*
 * Не обращайте внимания на этот нижний раздел кода,
 * это просто форматирование для более ясного вывода.
 */

function p($res, $val, $op, $places, $note = '') {
    $format = '%0' . (PHP_INT_SIZE * 8) . "b\n";

    printf("Выражение: %d = %d %s %d\n", $res, $val, $op, $places);

    echo " Десятичный вид:\n";
    printf("  val=%d\n", $val);
    printf("  res=%d\n", $res);

    echo " Двоичный вид:\n";
    printf('  val=' . $format, $val);
    printf('  res=' . $format, $res);

    if ($note) {
        echo " ЗАМЕЧАНИЕ: $note\n";
    }

    echo "\n";
}
?>

Результат выполнения данного примера на 32-битных машинах:


--- СДВИГ ВПРАВО НАД ПОЛОЖИТЕЛЬНЫМИ ЦЕЛЫМИ ЧИСЛАМИ ---
Выражение: 2 = 4 >> 1
 Десятичный вид:
  val=4
  res=2
 Двоичный вид:
  val=00000000000000000000000000000100
  res=00000000000000000000000000000010
 ЗАМЕЧАНИЕ: слева была вставлена копия знакового бита 

Выражение: 1 = 4 >> 2
 Десятичный вид:
  val=4
  res=1
 Двоичный вид:
  val=00000000000000000000000000000100
  res=00000000000000000000000000000001

Выражение: 0 = 4 >> 3
 Десятичный вид:
  val=4
  res=0
 Двоичный вид:
  val=00000000000000000000000000000100
  res=00000000000000000000000000000000
 ЗАМЕЧАНИЕ: биты были выдвинуты за правый край

Выражение: 0 = 4 >> 4
 Десятичный вид:
  val=4
  res=0
 Двоичный вид:
  val=00000000000000000000000000000100
  res=00000000000000000000000000000000
 ЗАМЕЧАНИЕ: то же, что и выше; нельзя сдвинуть дальше 0


--- СДВИГ ВПРАВО НА ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ЦЕЛЫХ ЧИСЛАХ ---
Выражение: -2 = -4 >> 1
 Десятичный вид:
  val=-4
  res=-2
 Двоичный вид:
  val=11111111111111111111111111111100
  res=11111111111111111111111111111110
 ЗАМЕЧАНИЕ: слева была вставлена копия знакового бита

Выражение: -1 = -4 >> 2
 Десятичный вид:
  val=-4
  res=-1
 Двоичный вид:
  val=11111111111111111111111111111100
  res=11111111111111111111111111111111
 ЗАМЕЧАНИЕ: биты были выдвинуты за правый край

Выражение: -1 = -4 >> 3
 Десятичный вид:
  val=-4
  res=-1
 Двоичный вид:
  val=11111111111111111111111111111100
  res=11111111111111111111111111111111
 ЗАМЕЧАНИЕ: то же, что и выше; нельзя сдвинуть дальше -1


--- СДВИГ ВЛЕВО НАД ПОЛОЖИТЕЛЬНЫМИ ЦЕЛЫМИ ЧИСЛАМИ ---
Выражение: 8 = 4 << 1
 Десятичный вид:
  val=4
  res=8
 Двоичный вид:
  val=00000000000000000000000000000100
  res=00000000000000000000000000001000
 ЗАМЕЧАНИЕ: правый край был дополнен нулями

Выражение: 1073741824 = 4 << 28
 Десятичный вид:
  val=4
  res=1073741824
 Двоичный вид:
  val=00000000000000000000000000000100
  res=01000000000000000000000000000000

Выражение: -2147483648 = 4 << 29
 Десятичный вид:
  val=4
  res=-2147483648
 Двоичный вид:
  val=00000000000000000000000000000100
  res=10000000000000000000000000000000
 ЗАМЕЧАНИЕ: знаковые биты были выдвинуты

Выражение: 0 = 4 << 30
 Десятичный вид:
  val=4
  res=0
 Двоичный вид:
  val=00000000000000000000000000000100
  res=00000000000000000000000000000000
 ЗАМЕЧАНИЕ: биты были выдвинуты за левый край


--- СДВИГ ВЛЕВО НАД ОТРИЦАТЕЛЬНЫМИ ЦЕЛЫМИ ЧИСЛАМИ ---
Выражение: -8 = -4 << 1
 Десятичный вид:
  val=-4
  res=-8
 Двоичный вид:
  val=11111111111111111111111111111100
  res=11111111111111111111111111111000
 ЗАМЕЧАНИЕ: правый край был дополнен нулями

Выражение: -2147483648 = -4 << 29
 Десятичный вид:
  val=-4
  res=-2147483648
 Двоичный вид:
  val=11111111111111111111111111111100
  res=10000000000000000000000000000000

Выражение: 0 = -4 << 30
 Десятичный вид:
  val=-4
  res=0
 Двоичный вид:
  val=11111111111111111111111111111100
  res=00000000000000000000000000000000
 ЗАМЕЧАНИЕ: биты были выдвинуты за левый край, включая знаковый бит

Результат выполнения данного примера на 64-битных машинах:


--- СДВИГ ВПРАВО НАД ПОЛОЖИТЕЛЬНЫМИ ЦЕЛЫМИ ЧИСЛАМИ ---
Выражение: 2 = 4 >> 1
 Десятичный вид:
  val=4
  res=2
 Двоичный вид:
  val=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000100
  res=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000010
 ЗАМЕЧАНИЕ: слева была вставлена копия знакового бита

Выражение: 1 = 4 >> 2
 Десятичный вид:
  val=4
  res=1
 Двоичный вид:
  val=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000100
  res=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001

Выражение: 0 = 4 >> 3
 Десятичный вид:
  val=4
  res=0
 Двоичный вид:
  val=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000100
  res=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
 ЗАМЕЧАНИЕ: биты были выдвинуты за правый край

Выражение: 0 = 4 >> 4
 Десятичный вид:
  val=4
  res=0
 Двоичный вид:
  val=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000100
  res=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
 ЗАМЕЧАНИЕ: то же, что и выше; нельзя сдвинуть дальше 0


--- СДВИГ ВПРАВО НАД ОТРИЦАТЕЛЬНЫМИ ЦЕЛЫМИ ЧИСЛАМИ ---
Выражение: -2 = -4 >> 1
 Десятичный вид:
  val=-4
  res=-2
 Двоичный вид:
  val=1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111100
  res=1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111110
 ЗАМЕЧАНИЕ: слева была вставлена копия знакового бита

Выражение: -1 = -4 >> 2
 Десятичный вид:
  val=-4
  res=-1
 Двоичный вид:
  val=1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111100
  res=1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
 ЗАМЕЧАНИЕ: биты были выдвинуты за правый край

Выражение: -1 = -4 >> 3
 Десятичный вид:
  val=-4
  res=-1
 Двоичный вид:
  val=1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111100
  res=1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
 ЗАМЕЧАНИЕ: то же, что и выше; нельзя сдвинуть дальше -1


--- СДВИГ ВЛЕВО НАД ПОЛОЖИТЕЛЬНЫМИ ЦЕЛЫМИ ЧИСЛАМИ ---
Выражение: 8 = 4 << 1
 Десятичный вид:
  val=4
  res=8
 Двоичный вид:
  val=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000100
  res=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001000
 ЗАМЕЧАНИЕ: правый край был дополнен нулями

Выражение: 4611686018427387904 = 4 << 60
 Десятичный вид:
  val=4
  res=4611686018427387904
 Двоичный вид:
  val=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000100
  res=0100000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

Выражение: -9223372036854775808 = 4 << 61
 Десятичный вид:
  val=4
  res=-9223372036854775808
 Двоичный вид:
  val=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000100
  res=1000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
 ЗАМЕЧАНИЕ: знаковые биты были выдвинуты

Выражение: 0 = 4 << 62
 Десятичный вид:
  val=4
  res=0
 Двоичный вид:
  val=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000100
  res=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
 ЗАМЕЧАНИЕ: биты были выдвинуты за левый край


--- СДВИГ ВЛЕВО НАД ОТРИЦАТЕЛЬНЫМИ ЦЕЛЫМИ ЧИСЛАМИ ---
Выражение: -8 = -4 << 1
 Десятичный вид:
  val=-4
  res=-8
 Двоичный вид:
  val=1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111100
  res=1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111000
 ЗАМЕЧАНИЕ: правый край был дополнен нулями

Выражение: -9223372036854775808 = -4 << 61
 Десятичный вид:
  val=-4
  res=-9223372036854775808
 Двоичный вид:
  val=1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111100
  res=1000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

Выражение: 0 = -4 << 62
 Десятичный вид:
  val=-4
  res=0
 Двоичный вид:
  val=1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111100
  res=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
 ЗАМЕЧАНИЕ: биты были выдвинуты за левый край, включая знаковый бит

Внимание

До PHP 7.0 использование отрицательного побитового сдвига, либо сдвига, превышающегося разрядность операционной системы может привести к неопределенному результату. Другими словами, не сдвигайте больше чем на 31 бит на 32-битных системах и больше чем на 63 бита на 64-битных.

Используйте функции из расширения gmp для побитовых операций над числами, большими чем PHP_INT_MAX.

Смотрите также pack(), unpack(), gmp_and(), gmp_or(), gmp_xor(), gmp_testbit(), gmp_clrbit()