Go语言无符号整数转二进制技巧

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本文探讨了在Go语言中将无符号整数转换为其二进制表示的实用方法。由于标准库中没有直接的内置函数实现此功能，我们将利用`strconv.FormatUint`将整数格式化为二进制字符串，并通过迭代字符串并进行字符到数字的转换，最终生成一个由0和1组成的字节切片，详细阐述了实现原理和代码示例。

在Go语言开发中，有时我们需要将一个无符号整数（uint类型）转换为其二进制形式的数字序列，例如，将整数2转换为字节切片[1, 0]。尽管Go标准库中没有直接提供此类转换的内置函数，但我们可以通过组合使用strconv包中的功能，高效地实现这一需求。

使用 strconv.FormatUint 获取二进制字符串

实现此功能的核心在于strconv.FormatUint函数。这个函数能够将一个uint64类型的无符号整数，按照指定的基数（base）转换为其字符串表示。对于二进制转换，我们将基数设置为2。

其函数签名为：

func FormatUint(i uint64, base int) string

例如，当我们调用strconv.FormatUint(2, 2)时，它会返回字符串"10"。这里的"10"就是数字2的二进制字符串表示。

将二进制字符串转换为字节切片

strconv.FormatUint返回的是一个字符串，其中每个字符都是'0'或'1'。为了得到一个由数字0和1组成的字节切片（如[]byte{1, 0}），我们需要进一步处理这个字符串。

我们可以遍历这个二进制字符串的每一个字符（rune），然后将每个字符转换为对应的数字值。在ASCII和Unicode编码中，字符'0'的值是48，字符'1'的值是49。因此，通过将字符减去'0'的Unicode值，我们就可以得到其对应的整数值。

例如：

• '1' - '0' 结果是 49 - 48 = 1
• '0' - '0' 结果是 48 - 48 = 0

这些结果可以直接转换为byte类型并添加到目标切片中。

完整的实现示例

下面是一个完整的Go函数，演示了如何将uint64转换为其二进制表示的[]byte切片：

package main

import (
    "fmt"
    "strconv"
)

// Bits 将一个 uint64 类型的无符号整数转换为其二进制表示的字节切片。
// 例如，输入 2 将返回 []byte{1, 0}。
func Bits(i uint64) []byte {
    // 使用 strconv.FormatUint 将整数转换为基数为2的字符串表示。
    // 例如，i=2 会得到 "10"。
    binaryString := strconv.FormatUint(i, 2)

    // 初始化一个字节切片来存储二进制位。
    // 预分配容量可以提高性能，避免多次扩容。
    bits := make([]byte, 0, len(binaryString))

    // 遍历二进制字符串的每一个字符。
    for _, r := range binaryString {
        // 将字符 '0' 或 '1' 转换为对应的数字 0 或 1。
        // 例如，'1' - '0' = 1，'0' - '0' = 0。
        bits = append(bits, byte(r - '0'))
    }

    return bits
}

func main() {
    // 示例用法
    num1 := uint64(2)
    fmt.Printf("Number: %d, Binary representation: %v\n", num1, Bits(num1)) // Output: [1 0]

    num2 := uint64(5) // Binary "101"
    fmt.Printf("Number: %d, Binary representation: %v\n", num2, Bits(num2)) // Output: [1 0 1]

    num3 := uint64(0) // Binary "0"
    fmt.Printf("Number: %d, Binary representation: %v\n", num3, Bits(num3)) // Output: [0]

    num4 := uint64(255) // Binary "11111111"
    fmt.Printf("Number: %d, Binary representation: %v\n", num4, Bits(num4)) // Output: [1 1 1 1 1 1 1 1]
}

注意事项与扩展

1. 输入类型： strconv.FormatUint 接受 uint64 类型。如果你的无符号整数是 uint8、uint16 或 uint32，你需要先将其转换为 uint64 再进行处理。

   var myUint8 uint8 = 10
   binarySlice := Bits(uint64(myUint8)) // 先转换为 uint64

2. 位序（Endianness）： 上述实现返回的字节切片是按照从最高有效位（MSB）到最低有效位（LSB）的顺序排列的。例如，2（二进制10）会得到 [1, 0]。如果需要最低有效位优先（LSB first）的表示，你可能需要对结果切片进行反转。

   // 如果需要反转切片
   func reverseBytes(s []byte) []byte {
       for i, j := 0, len(s)-1; i < j; i, j = i+1, j-1 {
           s[i], s[j] = s[j], s[i]
       }
       return s
   }
   // 调用示例：reverseBytes(Bits(num))

3. 性能考量： 对于大多数常规应用，这种基于字符串转换的方法足够高效且易于理解。如果涉及到极端性能敏感的场景，或者需要处理非常大的数字且频繁操作，可以考虑直接使用位操作（例如，通过循环右移和位与操作来提取每一位），但这会增加代码的复杂性。

总结

通过利用Go语言标准库中的strconv.FormatUint函数，我们可以方便地将无符号整数转换为其二进制字符串表示。随后，通过简单的字符遍历和算术转换，即可获得一个由0和1组成的字节切片。这种方法兼顾了代码的简洁性、可读性与实用性，是Go语言中处理此类转换的推荐方式。

理论要掌握，实操不能落！以上关于《Go语言无符号整数转二进制技巧》的详细介绍，大家都掌握了吧！如果想要继续提升自己的能力，那么就来关注golang学习网公众号吧！