Swift 实现：颠倒 32 位无符号整数的二进制位

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图书作者：《ESP32-C3 物联网工程开发实战》
图书作者：《SwiftUI 入门，进阶与实战》
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摘要

在本文中，我们将学习如何使用 Swift 解决 LeetCode 问题，反转 32 位无符号整数的二进制位。通过高效算法和进阶优化方法，实现快速、准确的结果输出。本文还提供了详细的代码分析、时间复杂度和空间复杂度的评估。

描述

题目要求颠倒给定 32 位无符号整数的二进制位，并返回结果。

示例 1：

输入: n = 00000010100101000001111010011100
输出: 964176192 (00111001011110000010100101000000)
解释: 输入表示的整数是 43261596，反转后的整数是 964176192。

示例 2：

输入: n = 11111111111111111111111111111101
输出: 3221225471 (10111111111111111111111111111111)
解释: 输入表示的整数是 4294967293，反转后的整数是 3221225471。

Swift 题解答案

核心思路：

1. 每次从输入的右端提取一个二进制位，并将其“反向”插入到输出的正确位置。
2. 使用位运算（右移和左移）来实现高效处理。

题解代码

func reverseBits(_ n: UInt32) -> UInt32 {
    var result: UInt32 = 0
    var input = n
    
    for _ in 0..<32 {
        // 将当前最低位移动到结果的最高位位置
        result = (result << 1) | (input & 1)
        // 右移输入以处理下一个位
        input >>= 1
    }
    
    return result
}

代码分析

1. 初始化变量：

   • result 用于存储反转后的值，初始为 0。
   • input 是输入值，用于逐步提取最低位。

2. 核心逻辑：

   • 循环 32 次（对应 32 位整数）。
   • 提取 input 的最低位（input & 1）。
   • 将提取的位插入 result 的最高位位置（result = (result << 1) | bit）。
   • 将 input 右移以准备处理下一个位（input >>= 1）。

3. 返回结果：

   • 当循环结束时，result 即为反转后的二进制表示。

示例测试及结果

测试代码：

import Foundation

var test1: UInt32 = 0b00000010100101000001111010011100
var test2: UInt32 = 0b11111111111111111111111111111101

print(reverseBits(test1)) // 输出: 964176192
print(reverseBits(test2)) // 输出: 3221225471

结果：

964176192
3221225471

时间复杂度

• 单次调用：循环执行 32 次位操作。
• 总时间复杂度：O(1)（常数复杂度）。

空间复杂度

• 仅使用常数级别的辅助变量。
• 总空间复杂度：O(1)。

总结

1. 使用位运算实现了高效的原地反转算法，没有额外的内存开销。
2. 提供了一个清晰易懂的实现方法，适合应用于实际工程。

未来展望

1. 优化多次调用：

   • 通过缓存已计算结果的方式减少重复计算。
   • 使用哈希表存储中间结果，提高性能。

2. 扩展思路：

   • 研究反转 64 位或更大整数的解法。
   • 优化算法在硬件级别的实现，例如并行计算。

参考资料

• LeetCode 官方题解
• Swift 位运算相关文档