( 位运算 ) 190. 颠倒二进制位 ——【Leetcode每日一题】

❓190. 颠倒二进制位

难度：简单

颠倒给定的 32 位无符号整数的二进制位。

提示：

请注意，在某些语言（如 Java）中，没有无符号整数类型。在这种情况下，输入和输出都将被指定为有符号整数类型，并且不应影响您的实现，因为无论整数是有符号的还是无符号的，其内部的二进制表示形式都是相同的。
在 Java 中，编译器使用二进制补码记法来表示有符号整数。因此，在 示例 2 中，输入表示有符号整数 -3，输出表示有符号整数 -1073741825 。

示例 1：

输入：n = 00000010100101000001111010011100
输出：964176192 (00111001011110000010100101000000)
解释：输入的二进制串 00000010100101000001111010011100 表示无符号整数 43261596，
因此返回 964176192，其二进制表示形式为 00111001011110000010100101000000。

示例 2：

输入：n = 11111111111111111111111111111101
输出：3221225471 (10111111111111111111111111111111)
解释：输入的二进制串 11111111111111111111111111111101 表示无符号整数 4294967293，
因此返回 3221225471 其二进制表示形式为 10111111111111111111111111111111 。

提示：

输入是一个长度为 32 的二进制字符串

进阶: 如果多次调用这个函数，你将如何优化你的算法？

💡思路：

基础知识必知：一篇文章搞懂位运算

法一：循环

将 n 视作一个长为 32 的二进制串，从低位往高位枚举 n 的每一位，将其倒序添加到翻转结果 ans 中。
代码实现中，每枚举一位就将 n 右移一位，这样当前 n 的最低位就是我们要枚举的比特位。当 n 为 0 时即可结束循环。

需要注意的是，在某些语言（如 Java）中，没有无符号整数类型，因此对 n 的右移操作应使用逻辑右移（无符号右移）。

法二：分治

若要翻转一个二进制串，可以将其均分成左右两部分，对每部分递归执行翻转操作，然后将左半部分拼在右半部分的后面，即完成了翻转。

由于左右两部分的计算方式是相似的，利用位掩码和位移运算，我们可以自底向上地完成这一分治流程。

对于递归的最底层，我们需要交换所有奇偶位：

取出所有奇数位和偶数位；
将奇数位移到偶数位上，偶数位移到奇数位上。

类似地，对于倒数第二层，每两位分一组，按组号取出所有奇数组和偶数组，然后将奇数组移到偶数组上，偶数组移到奇数组上。以此类推。

🍁代码：(Java、C++)

法一：循环
Java

public class Solution {
    // you need treat n as an unsigned value
    public int reverseBits(int n) {
        int ans = 0;
        for(int i = 0; i < 32; i++){
            ans <<= 1;
            ans |= (n & 1);
            n >>>= 1;
        }
        return ans;
    }
}

C++

class Solution {
public:
    uint32_t reverseBits(uint32_t n) {
        uint32_t ans = 0;
        for(int i = 0; i < 32; i++){
            ans <<= 1;
            ans |= (n & 1);
            n >>= 1;
        }
        return ans;
    }
};

法二：分治
Java

public class Solution {
    // you need treat n as an unsigned value
    private static final int M1 = 0x55555555; // 01010101010101010101010101010101
    private static final int M2 = 0x33333333; // 00110011001100110011001100110011
    private static final int M4 = 0x0f0f0f0f; // 00001111000011110000111100001111
    private static final int M8 = 0x00ff00ff; // 00000000111111110000000011111111

    public int reverseBits(int n) {
        n = n >>> 1 & M1 | (n & M1) << 1;
        n = n >>> 2 & M2 | (n & M2) << 2;
        n = n >>> 4 & M4 | (n & M4) << 4;
        n = n >>> 8 & M8 | (n & M8) << 8;
        return n >>> 16 | n << 16;
    }
}

C++

class Solution {
private:
    const uint32_t M1 = 0x55555555; // 01010101010101010101010101010101
    const uint32_t M2 = 0x33333333; // 00110011001100110011001100110011
    const uint32_t M4 = 0x0f0f0f0f; // 00001111000011110000111100001111
    const uint32_t M8 = 0x00ff00ff; // 00000000111111110000000011111111

public:
    uint32_t reverseBits(uint32_t n) {
        n = n >> 1 & M1 | (n & M1) << 1;
        n = n >> 2 & M2 | (n & M2) << 2;
        n = n >> 4 & M4 | (n & M4) << 4;
        n = n >> 8 & M8 | (n & M8) << 8;
        return n >> 16 | n << 16;
    }
};