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Go语言中无符号整数的二进制表示与转换

碧海醫心

发布： 2025-11-05 11:14:38

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Go语言中无符号整数的二进制表示与转换

本文详细介绍了在go语言中如何将无符号整数（`uint`或`uint64`）转换为其二进制表示的切片（`[]byte`），其中每个元素为0或1。核心方法是利用`strconv.formatuint`函数将整数转换为二进制字符串，随后遍历该字符串并进行ascii码转换，从而高效地生成所需的二进制位切片。

在Go语言的日常开发中，我们有时需要将一个无符号整数（如uint或uint64）转换为其二进制形式的切片，其中每个元素代表一个二进制位（0或1）。虽然Go标准库中没有直接提供此类内置函数，但我们可以巧妙地结合strconv包来实现这一功能。

核心转换方法

实现将uint64转换为二进制位切片的核心思路分为两步：

使用strconv.FormatUint将无符号整数转换为其二进制字符串表示。
遍历该二进制字符串，将每个字符（'0'或'1'）转换为对应的数字（0或1），并存储到[]byte切片中。

下面是具体的函数实现：

package main

import (
    "fmt"
    "strconv"
)

// Bits 将一个 uint64 类型的无符号整数转换为其二进制表示的 []byte 切片。
// 切片中的每个元素为 0 或 1。
func Bits(i uint64) []byte {
    // 初始化一个空的字节切片，用于存放二进制位
    bits := []byte{}

    // 使用 strconv.FormatUint 将整数 i 转换为其二进制字符串表示。
    // 第二个参数 2 表示基数（二进制）。
    binaryString := strconv.FormatUint(i, 2)

    // 遍历二进制字符串的每一个字符
    for _, b := range binaryString {
        // 将字符 '0' 或 '1' 转换为对应的数字 0 或 1。
        // 在 ASCII/Unicode 中，字符 '0' 的码点是 48，'1' 是 49。
        // 减去 rune('0') (即 48) 可以得到对应的整数值。
        bits = append(bits, byte(b - '0'))
    }

    return bits
}

func main() {
    // 示例：转换数字 2
    num1 := uint64(2)
    binarySlice1 := Bits(num1)
    fmt.Printf("数字 %d 的二进制表示为: %v\n", num1, binarySlice1) // 输出: 数字 2 的二进制表示为: [1 0]

    // 示例：转换数字 10
    num2 := uint64(10)
    binarySlice2 := Bits(num2)
    fmt.Printf("数字 %d 的二进制表示为: %v\n", num2, binarySlice2) // 输出: 数字 10 的二进制表示为: [1 0 1 0]

    // 示例：转换数字 255
    num3 := uint64(255)
    binarySlice3 := Bits(num3)
    fmt.Printf("数字 %d 的二进制表示为: %v\n", num3, binarySlice3) // 输出: 数字 255 的二进制表示为: [1 1 1 1 1 1 1 1]

    // 示例：转换数字 0
    num4 := uint64(0)
    binarySlice4 := Bits(num4)
    fmt.Printf("数字 %d 的二进制表示为: %v\n", num4, binarySlice4) // 输出: 数字 0 的二进制表示为: [0]
}

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代码解析

strconv.FormatUint(i, 2):

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- 这是实现转换的关键步骤。strconv.FormatUint函数接收一个uint64类型的无符号整数i和一个基数base。
- 当base设置为2时，它会将整数i转换为其二进制字符串表示。例如，如果i是2，则返回的字符串是"10"；如果i是10，则返回"1010"。
for _, b := range binaryString:
- 我们遍历strconv.FormatUint返回的二进制字符串。在Go语言中，range关键字遍历字符串时，会返回每个字符的rune（Unicode码点）。
- 例如，对于字符串"10"，第一次迭代b是'1'，第二次迭代b是'0'。
byte(b - '0'):
- 这一步是将字符'0'或'1'转换为对应的数字0或1。
- 在ASCII和Unicode字符集中，字符'0'的码点是48，字符'1'的码点是49。
- 通过将当前字符b的码点减去字符'0'的码点（即rune('0')或48），我们可以得到其对应的整数值。
  - 如果b是'1' (码点 49)，则 49 - 48 = 1。
  - 如果b是'0' (码点 48)，则 48 - 48 = 0。
- 最后，将结果强制类型转换为byte，因为我们希望切片存储的是字节形式的0和1。

注意事项

输入类型: Bits函数接受uint64作为输入。如果你的无符号整数是uint类型，可以直接将其转换为uint64进行处理，因为uint在不同系统上可能是32位或64位，而uint64始终是64位，保证了处理的统一性。
性能: 对于大多数应用场景，这种基于字符串转换的方法足够高效且易于理解。如果需要处理海量数据或对极致性能有要求，可以考虑使用位运算（如右移>>和按位与&）来直接提取每一位，但这会使代码稍微复杂一些，且需要预先确定位数（例如，循环64次）。
输出顺序: 该函数返回的二进制切片是按照从最高位到最低位的顺序排列的，与strconv.FormatUint生成的字符串顺序一致。例如，数字2（二进制10）会得到[1, 0]。