如何创建固定长度的Python位？

Question

我想在Python中进行按位取反操作。

我期望的结果是：

negate(0001) => 1110

但是在Python中，~0b0001的结果是-0b10。看起来Python把1110截断成了-0b10。

我该如何保留前面的位呢？

另外，为什么会这样呢？

bin(~0b1) yields -0b10?

这个数据类型保留了多少位？

Answer 1

在Python中，整数就好像有无穷多的位数一样。因此，如果你对一个整数使用~这个操作符，它的字符串表示就不能以无穷多个1开头，否则生成这个字符串的过程就永远不会结束。为了避免这种情况，Python选择用负数来表示，就像使用二进制补码那样。如果你想限制整数的位数，可以用&操作符和一个合适的掩码进行运算：

>>> bin((~1) & 0b1111)
'0b1110'

Answer 2

Python使用的是任意精度的算术运算，所以你不用担心数字的位数问题。此外，当你执行 bin(~0b1) 时，它会返回 -0b10，因为Python知道结果是 -2，并且以 10 的形式表示这个数字，同时把负号放在前面（这只针对负数）。

不过，我们可以使用 format 函数来按照自己的方式表示数字，比如这样：

def negate(number, bits = 32):
    return format(~number & 2 ** bits - 1, "0{}b".format(bits))

print(negate(1))
# 11111111111111111111111111111110
print(negate(1, bits = 4))
# 1110

或者，正如 eryksun 所建议的那样，

def negate(number, bits = 32):
    return "{:0{}b}".format(~number & 2 ** bits - 1, bits)