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c++中如何判断一个数是否为2的幂_c++位运算判断幂次方

裘德小鎮的故事

裘德小鎮的故事

发布时间:2026-01-02 16:55:02

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来源于php中文网

原创

n & (n - 1) == 0 且 n > 0 时,n 是 2 的幂;因其二进制仅含一个 1,该运算清除最低位 1 后得 0,但需排除 n == 0 的误判。

c++中如何判断一个数是否为2的幂_c++位运算判断幂次方

为什么 n & (n - 1) 能判断 2 的幂

一个正整数是 2 的幂,当且仅当它的二进制表示中**有且仅有一个 1**。例如:810001610000n & (n - 1) 的作用是**清除最低位的 1**。对 2 的幂来说,这个操作会把唯一的 1 也清掉,结果为 0。

但要注意前提:必须确保 n > 0。因为 0 和负数不满足 2 的幂定义,且 0 & (0 - 1) 在补码下是 0 & 0xFFFFFFFF(32 位),结果非 0,会误判。

  • n == 0 必须单独排除
  • n 直接返回 false(C++ 中负数不可能是 2 的幂)
  • 该方法只适用于整数类型,如 intunsigned intlong long

完整可移植的判断函数写法

标准写法需兼顾边界和类型安全。推荐使用无符号类型避免符号扩展问题,同时显式处理零值:

bool isPowerOfTwo(unsigned int n) {
    return n != 0 && (n & (n - 1)) == 0;
}

若输入可能是有符号类型(如 int),先转为无符号再判断更稳妥:

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

bool isPowerOfTwo(int n) {
    if (n <= 0) return false;
    unsigned int u = static_cast(n);
    return (u & (u - 1)) == 0;
}
  • 不要用 int 直接参与位运算判断,-1 或溢出行为依赖实现
  • (n & (n - 1)) == 0! (n & (n - 1)) 更清晰,避免与逻辑非混淆
  • 编译器通常能将该表达式优化为单条指令(如 x86 的 test + je

常见误判场景和调试提示

实际编码中容易忽略这些细节:

零一万物开放平台
零一万物开放平台

零一万物大模型开放平台

下载
  • 传入 0:返回 true(如果没加 n != 0 判断)——这是最常见错误
  • 传入 1:正确返回 true12^01 & 0 == 0
  • 传入 INT_MIN(如 -2147483648):有符号减法溢出,未定义行为;必须提前拦截
  • 用在模板函数中时,若类型是 size_t,要确认平台位宽(如 Windows LLP64 下 size_t 是 32 位)

调试时可加断言验证关键点:

assert((n & (n - 1)) == 0 || n == 0 || (n & (n - 1)) != 0); // 至少保证不崩

其他方法对比:为什么不用 log2 或循环除法

用浮点函数或循环虽然语义直观,但有明显缺陷:

  • std::log2(n) 返回浮点数,存在精度误差(如 log2(2^24) 可能略小于 24.0)
  • 需要 std::floorstd::ceil 配合判断,开销大且不可靠
  • 循环除 2(while (n % 2 == 0) n /= 2;)时间复杂度 O(log n),而位运算是 O(1)
  • 编译器很难把循环优化成位运算,尤其当 n 是运行时变量时

除非明确要求支持大整数(如 __int128boost::multiprecision),否则位运算仍是首选。

真正麻烦的是跨平台大整数或需要支持任意底数幂的场景——那已经不是“2 的幂”这个简单问题了。

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