位运算的巧妙使用 -- 字母大小写转换

引言

C 标准库的 ctype.h 头文件提供了一些函数，可用于测试和映射字符,其中有两个函数，int tolower(int c)该函数把大写字母转换为小写字母，int toupper(int c)，该函数把小写字母转换为大写字母。那么它们底层的原理是什么呢？能不能用一个方法就实现大写字母转小写，小写字母转大写呢？

字母大小写转换

ASCLL码

我们知道，​​ASCLL码​​使用7位数编码了128个字符，其中字母'a'-'z'是97到122，字母'A'到'Z'是65到90,想要判断一个字符的类型，或者将一个字符的大写转换为对应的小写都要运用这个ASCLL码表。

tolower和toupper的实现

我们参考这里的代码实现：

​​www.aospxref.com/android-12.…​​ 如下：

static inline int islower(unsigned ch) { return (ch - 'a') < 26; }
static inline int isupper(unsigned ch) { return (ch - 'A') < 26; }

18  int LLVM_LIBC_ENTRYPOINT(tolower)(int c) {
19    if (internal::isupper(c))
20      return c + 'a' - 'A';
21    return c;
22  }

18  int LLVM_LIBC_ENTRYPOINT(toupper)(int c) {
19    if (internal::islower(c))
20      return c + 'A' - 'a';
21    return c;
22  }

可以看到，上面的逻辑是很朴素的，判断是否是小写，就使用当前值减去'a'的值，判断是否小于26；判断大写的逻辑也相似。

在转换为小写时，先判断是大写才转换，小写直接返回。如果是大写，则需要加上'a'与'A'的差（很明显，这里加了一个正数）;转换大写的逻辑类似。

能否使用一个函数来完成这个判断加转换的工作？

首先，我们注意到，'a'与'A'的差值是97-65=32，是一个比较特殊的数2^5;

其次，我们来看看，这两个字符的二进制表示：

这里,可以很明显地看出来，中间的32和上下两个值的关系：异或关系

即：97 = 65 ^ 32,同时65 = 97 ^ 32;

这样我们就可以改写一下转变大小写的函数，只是我们的函数将大写转为小写，小写转为大写，总是反过来，如下：

int reverseChar(int c) {
    return c ^ (1 << 5);
}

将原来的加减法加判断，转换为了位运算操作。你体会到位运算的奥妙了吗？

实际上，我们要理解，异或运算相当于不进位的加法，这样一想，对ASCLL编码的操作其实都是可以用异或操作来代替加法的