Operadores Bitwise de Javascript

¿Qué es un Operador Bitwise en Javascript?

Algunos lenguajes de programación permiten realizar operaciones directamente sobre las representaciones binarias de los números. JavaScript es uno de estos lenguajes, y los Operadores Bitwise son las herramientas que realizan estas operaciones.

En JavaScript, los operadores a nivel de bits se dividen en tres categorías: operadores lógicos a nivel de bits, operadores de desplazamiento y el operador NOT a nivel de bits. Aquí tienes algunos ejemplos de lo que son estos operadores y cómo funcionan:

var a = 3; // binario: 0011 var b = 5; // binario: 0101 console.log(a & b); // 1 => binario: 0001 console.log(a | b); // 7 => binario: 0111 console.log(~a); // -4 => binario: 1100 console.log(a ^ b); // 6 => binario: 0110

Definición básica de los operadores bit a bit en JavaScript

Una comprensión básica de los Operadores Bitwise en JavaScript requiere un conocimiento de los números binarios y de las puertas lógicas que los manipulan. Un operador bit a bit trata sus operandos como una secuencia de 32 bits, en lugar de como números decimales, hexadecimales u octales. Desde una perspectiva numérica, estos operadores siempre devuelven un número, aunque los parámetros introducidos no sean números.

Importancia de los operadores bit a bit en JavaScript

Puede que te estés preguntando, ¿por qué necesitamos manipular bits en JavaScript? ¿Tiene alguna importancia? Tendrías razón al hacer estas preguntas, y la respuesta es que es algo único en cada situación. A pesar de que se utilizan con poca frecuencia en JavaScript, los Operadores Bitwise tienen sus aplicaciones, principalmente cuando se trata de programación de bajo nivel, encriptación y manejo de hardware.

Operadores bit a bit de JavaScript: Ejemplos comunes

No hay mejor manera de entender el funcionamiento de los operadores Bitwise de JavaScript que utilizando ejemplos prácticos. Este método puede ayudarte a relacionar conceptos abstractos con operaciones más tangibles y concretas. Aquí profundizaremos en algunos ejemplos comunes de los operadores Y, O y NO Bitwise.

Operador Y Bitwise de JavaScript: Un ejemplo

El operador AND Bitwise de JavaScript, denotado por &, opera sobre dos valores de 32 bits; devuelve un nuevo entero en el que cada bit tiene un valor de 1 sólo si los dos bits correspondientes de los enteros originales tienen valores de 1. En caso contrario, devuelve 0.

Considera dos variables, "a" y "b", con valores dados:

var a = 9; // binario: 1001 var b = 12; // binario: 1100

Profundicemos en la operación \(a \& b\) desde una perspectiva binaria:

• 1er bit: 1 (de 'a') y 1 (de 'b') es igual a 1
• 2º bit: 0 (de "a") y 1 (de "b") igual a 0
• 3er bit: 0 (de 'a') y 0 (de 'b') igual a 0
• 4º bit: 1 (de 'a') y 1 (de 'b') igual a 1

De las operaciones, obtenemos un resultado binario de 1000 que en formato decimal equivale a 8. Por tanto, \(a \& b\) es igual a 8.

Operador O Bitwise de JavaScript: Un ejemplo

El operador OR Bitwise de JavaScript, representado por |, opera sobre dos valores de 32 bits; devuelve un nuevo entero en el que cada bit se pone a 1 si alguno de los bits correspondientes de los enteros originales es 1. Si ambos son 0, devuelve 0.

Consideremos de nuevo las variables "a" y "b

var a = 9; // binario: 1001 var b = 12; // binario: 1100

Escribamos la operación \(a | b\) en binario:

• 1er bit: 1 (de 'a') o 1 (de 'b') es igual a 1
• 2º bit: 0 (de 'a') o 1 (de 'b') igual a 1
• 3er bit: 0 (de 'a') o 0 (de 'b') igual a 0
• 4º bit: 1 (de 'a') o 1 (de 'b') igual a 1

De estas operaciones individuales, obtenemos un resultado binario de 1101, equivalente al número decimal 13. Por tanto, \(a | b\) es igual a 13.

Operador No Bitwise de JavaScript: Un ejemplo

El operador Bitwise NOT, expresado por ~ en JavaScript, realiza una operación de negación sobre un valor de 32 bits, invirtiendo cada bit de la representación binaria del valor.

Por ejemplo, supongamos que tenemos una variable "a

var a = 9; // binario: 1001

Aplicando el Operador Bitwise NOT funcionaría de la siguiente manera

• 1er bit: No 1 (de 'a') es 0
• 2º bit: No 0 (de 'a') es 1
• 3er bit: No 0 (desde 'a') es 1
• 4º bit: No 1 (de 'a') es 0

En consecuencia, obtenemos un resultado binario de 0110, que equivale al número decimal -10. Esto se debe a la representación de los números negativos en formato binario (complemento a dos), donde el bit situado más a la izquierda funciona como bit de signo. En consecuencia, \(\sim a\) nos da -10.

Operadores bit a bit especiales de JavaScript

Además de los operadores bit a bit fundamentales, JavaScript incluye operadores bit a bit especiales que permiten manipulaciones únicas a nivel de bit. Dos de estos intrigantes operadores son el operador de desplazamiento a la izquierda y el operador NOT. Su peculiaridad radica en cómo manipulan los bits para obtener resultados sorprendentes y muy útiles.

Operador Bitwise de desplazamiento a la izquierda en JavaScript

Aparte de los operadores bit a bit básicos en JavaScript, hay una categoría particular conocida como operadores de desplazamiento. Uno de ellos es el Operador de Desplazamiento Izquierdo Bitwise, denotado por <<. Este operador facilita un desplazamiento de bits de un lado a otro de un número binario, esencialmente "desplazando" bits a la izquierda.

Por ejemplo, considera un número binario 1011 (que equivale a 11). Si se utiliza el Operador de Desplazamiento a la Izquierda Bitwise en este número, desplazándolo dos posiciones a la izquierda, se convierte en 101100 (o 44 en formato decimal).

Uso y función del operador de desplazamiento a la izquierda en JavaScript

El operador Bitwise de desplazamiento a la izquierda demuestra propiedades notables en cuanto a eficacia y optimización de recursos en JavaScript. En los escenarios de uso, resulta impresionante para realizar desplazamientos aritméticos, multiplicando o dividiendo enteros por potencias de dos.

var a = 5; // binario: 101 console.log(a << 1); // 10 => binario: 1010 => 5 * 2^1 console.log(a << 2); // 20 => binario: 10100 => 5 * 2^2

Como se indica en los ejemplos anteriores, el operador de desplazamiento a la izquierda Bitwise no sólo desplazó los bits de 'a', sino que simultáneamente multiplicó 'a' por las respectivas potencias de dos.

Así pues, el operador de desplazamiento Bitwise Izquierdo desempeña un papel notable, especialmente cuando se trata de grandes conjuntos de datos que requieren cálculo. En tales situaciones, el uso de este operador puede aumentar significativamente la velocidad de los cálculos.

Operador Bitwise Not en JavaScript

Entre otros operadores Bitwise, el operador Bitwise NOT, denotado por ~, merece una mención especial. Se diferencia de otros operadores por realizar una operación unaria, lo que significa que opera sobre un único operando.

Visualmente, si tienes un número entero representado en binario como 1011 (u 11 en decimal), el Operador Bitwise NOT invierte cada bit, obteniendo 0100, una forma binaria de -12 en el formato binario de complemento a dos de JavaScript.

Visión del Operador Bitwise Not en JavaScript

Como operador único, el Operador Bitwise NOT beneficia a los programadores por su excelente capacidad para invertir rápidamente un número o comprobar valores. Hay un caso de uso interesante de este operador en JavaScript relacionado con la búsqueda del valor mínimo (redondeo a la baja) de un número positivo.

console.log(~-5); // 4 console.log(~~5.9999); // 5 console.log(Math.floor(5.9999)); // 5 (tiene el mismo resultado, pero más lento)

Como ilustran los ejemplos, el Operador Bitwise NOT es una alternativa práctica y más rápida que Math.floor para obtener el valor mínimo de un número. Sin embargo, hay que tener en cuenta que este truco sólo funciona con números positivos y puede dar resultados incorrectos para entradas negativas o mayores que 2147483647.

Así pues, el Operador Bitwise NOT muestra su importancia en JavaScript para realizar manipulaciones rápidas, invertir números y conseguir cálculos más rápidos y eficientes en memoria. Sin embargo, debe utilizarse con precaución, dadas sus propiedades y restricciones específicas.

Técnica de los Operadores Bitwise de Javascript

Como aspecto integral de Javascript, los Operadores Bitwise ofrecen una técnica robusta para manejar datos binarios al nivel más bajo: los bits individuales. Estos operadores operan directamente sobre los datos binarios, lo que los convierte en una potente herramienta para realizar cálculos y manipulaciones eficientes. Es esencial comprender cómo utilizar eficazmente estos operadores, lo que incluye entender su sintaxis y reconocer las complejidades inherentes a las operaciones bit a bit.

Sintaxis de los operadores bit a bit de JavaScript

La sintaxis de los Operadores Bitwise de JavaScript destaca por su sencillez y facilidad de uso. Intuitivos y directos, los operadores suelen requerir dos operandos: uno a la izquierda y otro a la derecha.

Dada su sencillez, la sintaxis puede ser bastante fácil de entender. Sin embargo, utilizarla correctamente requiere un conocimiento razonable de las operaciones binarias y de las operaciones unarias cuando proceda, como en el caso del operador Bitwise NOT.

Uso adecuado de la sintaxis de los operadores bit a bit de JavaScript

Aunque la sintaxis de los Operadores Bitwise de JavaScript es sencilla, utilizarla adecuadamente es clave para aprovechar su potencia. Es vital comprender el tipo de datos binarios que espera cada operador y los resultados que generan.

Por ejemplo, los operadores Bitwise AND (&) y OR (|) requieren dos operandos. Realizan una operación en cada bit de las representaciones binarias de los operandos. Sin embargo, el operador Bitwise NOT (~), un operador unario, funciona sobre un único operando y cambia cada 0 a 1 y viceversa.

Todos estos operadores devuelven un entero de 32 bits. Comprender este hecho es crucial, sobre todo cuando tratas con números grandes o valores negativos, que JavaScript representa utilizando el formato binario de complemento a dos.

Aquí tienes un ejemplo de código ilustrativo que muestra el uso correcto:

var a = 13; // binario: 1101 var b = 9; // binario: 1001 console.log(a & b); // 9 => binario: 1001 (Bitwise AND) console.log(a | b); // 13 => binario: 1101 (Bitwise OR) console.log(~a); // -14 => binario: 11111111111111111111111111110010 (Bitwise NOT)

Por lo tanto, puedes aprovechar ampliamente la sintaxis de los Operadores Bitwise de JavaScript si comprendes la naturaleza de los números binarios y el funcionamiento de cada operador, al tiempo que tienes en cuenta el formato binario de JavaScript para los números negativos y los enteros grandes.

Complejidad de las operaciones bit a bit de JavaScript

Al ser de más bajo nivel que otras construcciones de programación, los Operadores Bitwise de JavaScript pueden introducir complejidades que pueden resultar intrigantes. Por ejemplo, el Operador Bitwise de Desplazamiento a la Izquierda no se limita a desplazar los bits a la izquierda. De hecho, cambia el valor de un entero. Multiplica el entero por una potencia de 2, dependiendo del número de posiciones desplazadas.

Otra complejidad con la que te puedes encontrar tiene que ver con el Operador Bitwise NOT. A diferencia de otros operadores, altera el signo del número y resta uno. El truco de este operador reside en el formato binario de JavaScript para los números negativos, por lo que el resultado suele ser inesperado para los usuarios no familiarizados con este concepto.

La complejidad también surge por el uso de los Operadores Bitwise de JavaScript en cálculos más rápidos y eficientes en memoria. Aunque estas operaciones son internamente más rápidas que sus homólogas matemáticas, un uso descuidado puede dar lugar a una depuración incómoda y a resultados no deseados, especialmente cuando se trata de valores negativos o de números mayores de 32 bits.

Superar las complejidades de las operaciones a nivel de bit de JavaScript

Las complejidades de las operaciones bit a bit de JavaScript representan un reto. Aun así, con una comprensión y práctica cuidadosas, puedes empezar a aprovecharlas en tu beneficio.

Para empezar, necesitas conocer bien el sistema de numeración binario. Esto es crucial para comprender el comportamiento y el resultado de cada operador. Por ejemplo, comprender cómo se representan en JavaScript los números negativos y los enteros de más de 32 bits puede ayudarte a dar sentido a los sorprendentes resultados de ciertas operaciones, como el NOT Bitwise y los desplazamientos.

He aquí algunas recomendaciones:

• Utiliza comentarios en el código para facilitar la depuración y mejorar la legibilidad del código.
• Mantén los resultados dentro del límite de 32 bits para evitar desbordamientos y resultados inesperados.
• Evita utilizar operadores Bitwise con números negativos, a menos que estés seguro del formato del complemento a dos.
• Cuando utilices operadores de desplazamiento, evita desplazar 32 o más posiciones, ya que JavaScript lleva la cuenta de desplazamiento módulo 32.

Para ilustrarlo, echa un vistazo al ejemplo de código revisado teniendo en cuenta estas buenas prácticas:

var a = 13; // binario: 1101 var b = 9; // binario: 1001 console.log(a & b); // 9 => binario: 1001 (Bitwise AND) console.log(a | b); // 13 => binario: 1101 (Bitwise OR) console.log(~a); // -14 => binario: 11111111111111111111111111110010 (Bitwise NOT) // utilizando el operador de desplazamiento dentro del límite console.log(a << 3);

Por lo tanto, si comprendes el sistema numérico binario, utilizas las mejores prácticas y gestionas con cuidado las complejidades, podrás aprovechar el poder de los Operadores Bitwise de Javascript y, al mismo tiempo, evitar los errores más comunes.