Operaciones a Nivel de Bit

Cuando vimos los condicionales, hablamos de operadores lógicos && (and), || (or), y xor (or exclusivo).

Existen unas variantes de estos operadores llamadas operadores a nivel de bit.

Usted sabe que cualquier valor es manejado internamente por el ordenador con unos y ceros "código binario", cada uno de estos unos y ceros es un bit, la unidad de información minim que puede manejar un ordenador.

En PHP, nosotros podemos trabajar con dos o mas valores a nivel de bit. Para ello contamos con tres operadores que son los siguientes:

Operador &

El cual comprueba cada bit de un valor con el correspondiente bit de otro.
Si ambos son 1, el resultado de ese bit es 1.
En caso contrario el resultado es cero.

Operador |

Comprueba cada bit de un valor con el correspondiente bit de otro.
Si uno de los dos es uno, o lo son ambos, el resultado de ese bit es uno.
En caso contrario el resultado es cero.

Operador ^

Comprueba cada bit de un valor con el correspondiente bit de otro.
Si uno de los dos es uno y el otro es cero, el resultado de ese bit es 1, en caso contrario es cero
Es decir, el resultado es uno si los dos son bits diferentes y cero si son iguales

Veamos la siguiente tabla donde se muestran algunos ejemplos de operaciones bit a bit.

Ejemplo	Nombre	Resultado
`$a & $b`	And (y)	Los bits que están activos en ambos `$a` y `$b` son activados.
`$a \| $b`	Or (o inclusivo)	Los bits que están activos ya sea en `$a` o en `$b` son activados.
`$a ^ $b`	Xor (o exclusivo)	Los bits que están activos en `$a` o en `$b`, pero no en ambos, son activados.
`~ $a`	Not (no)	Los bits que están activos en `$a` son desactivados, y viceversa.
`$a << $b`	Shift left(desplazamiento a izquierda)	Desplaza los bits de `$a`, `$b` pasos a la izquierda (cada paso quiere decir "multiplicar por dos").
`$a >> $b`	Shift right (desplazamiento a derecha)	Desplaza los bits de `$a`, `$b` pasos a la derecha (cada paso quiere decir "dividir por dos").

Ejemplo 1 de Operaciones a nivel de Bit

<?php
/*
 * Ignore la sección superior,
 * es sólo el formateado para hacer la salida más clara.
 */

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

echo <<<EOH
 ---------     ---------  -- ---------
 resultado     valor      op prueba
 ---------     ---------  -- ---------
EOH;

/*
 * Aquí están los ejemplos.
 */

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

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

echo "\n OR inclusivo bit a bit \n";
foreach ($values as $value) {
    $result = $value | $test;
    printf($format, $result, $value, '|', $test);
}

echo "\n OR exclusivo (XOR) bit a bit \n";
foreach ($values as $value) {
    $result = $value ^ $test;
    printf($format, $result, $value, '^', $test);
}
?>

Ejemplo 2 de Operaciones a nivel de Bit

<?php
echo 12 ^ 9; // Sale '5'

echo "12" ^ "9"; // Sale el caracter de retroceso (ascii 8)
    // ('1' (ascii 49)) ^ ('9' (ascii 57)) = #8

echo "hallo" ^ "hello"; // Salen los valores ascii #0 #4 #0 #0 #0
    // 'a' ^ 'e' = #4

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

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

Ejemplo 3 de Operaciones a nivel de Bit

<?php
/*
 * Aquí están los ejemplos.
 */

echo "\n--- DESPLAZAMIENTO DE BITS A LA DERECHA SOBRE ENTEROS POSITIVOS ---\n";

$val = 4;
$places = 1;
$res = $val >> $places;
p($res, $val, '>>', $places, 'copia del bit de signo desplazado hacia el lado izquierdo');

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

$val = 4;
$places = 3;
$res = $val >> $places;
p($res, $val, '>>', $places, 'bits desplazados fuera del lado derecho');

$val = 4;
$places = 4;
$res = $val >> $places;
p($res, $val, '>>', $places, 'mismo resultado que arriba; no se puede desplazar más allá del 0');


echo "\n--- DESPLAZAMIENTO DE BITS A LA DERECHA SOBRE ENTEROS NEGATIVOS ---\n";

$val = -4;
$places = 1;
$res = $val >> $places;
p($res, $val, '>>', $places, 'copia del bit de signo desplazado al lado izquierdo');

$val = -4;
$places = 2;
$res = $val >> $places;
p($res, $val, '>>', $places, 'bits desplazados fuera del lado derecho');

$val = -4;
$places = 3;
$res = $val >> $places;
p($res, $val, '>>', $places, 'mismo resultado que arriba; no se puede desplazar más allá del -1');


echo "\n--- DESPLAZAMIENTO DE BITS A LA IZQUIERDA SOBRE ENTEROS POSITIVOS ---\n";

$val = 4;
$places = 1;
$res = $val << $places;
p($res, $val, '<<', $places, 'ceros rellenan en el lado derecho');

$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, 'bit de signo resulta desplazado fuera');

$val = 4;
$places = (PHP_INT_SIZE * 8) - 2;
$res = $val << $places;
p($res, $val, '<<', $places, 'bit de signo desplazado fuera del lado izquierdo');


echo "\n--- DESPLAZAMIENTO DE BITS A LA IZQUIERDA SOBRE ENTEROS NEGATIVOS ---\n";

$val = -4;
$places = 1;
$res = $val << $places;
p($res, $val, '<<', $places, 'ceros rellenan en el lado derecho');

$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, 'bits desplazados fuera del lado izquierdo, incluyendo el bit de signo');


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

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

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

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

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

    echo "\n";
}
?>