想算數字裡有幾個 1？C++, Python3, Go, Rust 大亂鬥！

***此篇文章由 Gemini AI 產生*** 哈囉，各位寫 code 的夥伴們，大家好！ 今天我們來聊一個面試或刷題時偶爾會碰到，但其實也蠻有趣的小問題：「怎麼計算一個數字在二進位下有幾個 1？」 聽起來好像很學術，但別擔心，其實觀念很簡單。比方說，數字 5，寫成二進位是 `101`，那它就有兩個 1。數字 7，二進位是 `111`，就有三個 1。這在某些演算法或需要操作底層位元（bit）的場景，其實還蠻實用的。 今天我們就來看看用四種現在很夯的語言：C++, Python3, Go, 和 Rust，要怎麼解決這個問題。順便比較一下它們的寫法和「個性」有什麼不一樣。 #### C++：硬底子真功夫，效能我最強 C++ 就是那個班上最認真、對所有細節都一清二楚的學霸。要解決這個問題，C++ 提供了一個超級方便的內建函式（built-in function），不過在比較舊的 C++ 版本可能需要自己手刻。 在比較新的 C++ 標準 (C++20) 中，你可以直接用 `` 這個函式庫： ```cpp #include #include int main() { int num = 77; // 77 的二進位是 1001101 // std::popcount 會直接幫你數好有幾個 1 int count = std::popcount(static_cast<unsigned int>(num)); std::cout << "數字 " << num << " 裡有 " << count << " 個 1！" << std::endl; // 輸出: 數字 77 裡有 4 個 1！ return 0; } ``` **重點分析：** * **`std::popcount`**: 這名字超直白，「pop」在這裡指的是 "population"（總數），所以 `popcount` 就是「計算總數」。這是編譯器等級的優化，速度快到飛起來。 * **`static_cast<unsigned int>`**: 這是在做「型別轉換」。因為 `popcount` 通常是針對無號整數 (unsigned) 操作的，所以我們先把 `num` 轉成無號整數，避免一些奇怪的問題。 C++ 的寫法就是這麼樸實無華且枯燥，但效能絕對是頂尖的！ #### Python3：人生苦短，我用 Python Python 就是那個朋友群裡最會聊天的萬人迷，語法親切又好懂。解決這個問題，方法多到你可以自己選。 最直覺的方法，就是直接把它變成二進位字串，然後數裡面有幾個 '1'。 ```python num = 77 # 77 的二進位是 1001101 # bin(num) 會回傳 '0b1001101' # 我們用 .count('1') 來數 '1' 的數量 count = bin(num).count('1') print(f"數字 {num} 裡有 {count} 個 1！") # 輸出: 數字 77 裡有 4 個 1！ ``` 如果你是 Python 3.10 以上的版本，還可以用一個更潮的寫法： ```python num = 77 count = num.bit_count() # 直接呼叫！ print(f"數字 {num} 裡有 {count} 個 1！") # 輸出: 數字 77 裡有 4 個 1！ ``` **重點分析：** * **`bin()`**: Python 的內建函式，可以馬上把數字轉成 `0b` 開頭的二進位字串，超方便。 * **`.count('1')`**: 字串的 method，用來計算某個字元出現的次數。 * **`.bit_count()`**: 在新版 Python 中，整數自己就有這個 method，寫起來更乾淨，而且底層的效能也很好。 Python 的寫法就是這麼優雅，幾行就搞定，可讀性超高。 #### Go：簡單、可靠，Google 親兒子 Go 語言給人的感覺，就像是個務實的工程師，不喜歡花俏的東西，但該有的都有，而且跑起來穩定又快速。 Go 在標準函式庫 `math/bits` 裡面，也直接提供了需要的功能。 ```go package main import ( "fmt" "math/bits" ) func main() { var num uint = 77 // 77 的二進位是 1001101 // Go 推薦使用無號整數 (uint) 來做位元運算 count := bits.OnesCount(num) fmt.Printf("數字 %d 裡有 %d 個 1！\n", num, count) // 輸出: 數字 77 裡有 4 個 1！ } ``` **重點分析：** * **`import "math/bits"`**: Go 把跟位元操作相關的功能都整理在這個 package 裡，分工很清楚。 * **`bits.OnesCount()`**: 函式名稱也是簡單明瞭，就是「計算 1 的數量」。 * **`var num uint = 77`**: Go 是一個強型別語言，它會建議你，在做位元運算時，最好一開始就宣告成無號整數 (`uint`)，這樣語意更明確。 Go 的風格就是這樣，清楚、直接，而且效能也很棒。 #### Rust：安全、並行，程式界的超級英雄 Rust 是這幾年超級紅的語言，主打的就是「安全」跟「極致效能」。它給人的感覺有點像 C++ 的進化版，嚴格但能讓你寫出非常可靠的程式碼。 Rust 在整數型別上，也直接內建了計算 1 數量的方法。 ```rust fn main() { let num = 77_i32; // 77 的二進位是 1001101 // _i32 是告訴編譯器，這是一個 32 位元的整數 // 直接在數字後面呼叫 .count_ones() let count = num.count_ones(); println!("數字 {} 裡有 {} 個 1！", num, count); // 輸出: 數字 77 裡有 4 個 1！ } ``` **重點分析：** * **`_i32`**: 這是 Rust 的語法糖，用來標明數字的型別，`i32` 代表 32 位元有號整數。Rust 對型別非常嚴格，所以寫清楚是好習慣。 * **`.count_ones()`**: Rust 把這個功能直接做成整數型別的一個 method，只要是數字，後面加上 `.count_ones()` 就能用，非常直覺。 Rust 的寫法兼具了 C++ 的效能和 Python 的簡潔，而且還有編譯器這個超級保母在後面幫你檢查，讓你寫 code 超有安全感。 ----- ### 總結一下 | 語言 | 主要寫法 | 風格特色 | | --- | --- | --- | | **C++** | `std::popcount(num)` | 效能至上，語法較嚴謹 | | **Python3** | `bin(num).count('1')` 或 `num.bit_count()` | 語法甜美，可讀性高，快速開發 | | **Go** | `bits.OnesCount(num)` | 務實可靠，標準庫功能齊全 | | **Rust** | `num.count_ones()` | 安全第一，語法現代且效能強悍 | 今天這個小問題，其實四種語言都有非常簡單、高效的解法。從這些小地方，我們也可以稍微窺探出不同程式語言在設計哲學上的差異。 沒有最好的語言，只有最適合的工具。希望這篇簡單的比較，能幫助大家對這幾種語言有更具體的認識。下次不管你用哪種語言，碰到要數 1 的時候，就知道該怎麼做了吧！ Happy coding！