要证明 “x+y” 与 “(x XOR y)+2×(x AND y)” 在数学上完全等价,可从二进制运算的角度分析:
在二进制中,两个数相加的过程可拆解为无进位相加和进位处理两部分:
无进位相加:对应 “异或(XOR)” 运算。
异或的规则是:相同位为 0,不同位为 1(即
0 XOR 0=0,
1 XOR 1=0,
0 XOR 1=1,
1 XOR 0=1),这与二进制中 “不考虑进位时的相加” 结果完全一致。因此,
x XOR y等价于
x与
y无进位相加的结果。
进位处理:对应 “与(AND)+ 左移 1 位”。
与运算的规则是:只有两位均为 1 时结果为 1(即
1 AND 1=1,其余为 0),这恰好标记了二进制中需要进位的位置(只有两个 1 相加才会产生进位)。而进位的数值相当于该位的 1 左移 1 位(即乘以 2),因此
2×(x AND y)等价于
x与
y相加时所有进位的总和。
二进制加法中,最终结果 = 无进位相加的结果 + 所有进位的总和。
根据上述分析:
- 无进位相加的结果 = x XOR y
- 所有进位的总和 = 2×(x AND y)
因此:x+y=(x XOR y)+2×(x AND y)
由于该结论对任意整数x、y的二进制表示均成立,故两者在数学上完全等价。