基于位运算的权限管理
2019-10-28
位运算基础
位运算，就是直接对二进制位进行与、或、非等逻辑运算。
位运算并不仅限于布尔类型的数据。Int类型数据在内存中也是以二进制数据进行存储的，位计算可以直接对整数在内存中的二进制位进行操作。举个例子，7的二进制是111，6的二进制是110，直接进行与运算“7&6”，相当于二进制进行与运算“111&110”。逐位进行与运算，运算结果110，转化为十进制是6，因此运算结果7&6=6。所有的编程语言都提供了位运算符，你可以用不同的语言编写上述计算，结果都一致。
位运算可以用于权限管理，每一个二进制位来表示是否拥有某个权限。Linux中的文件权限就是用位计算实现的，需要控制读、写、执行3个权限，仅需用3位二进制数来表示：
| 二进制 | 十进制 | 权限 |
| 读 写 执行 | ||
| 0 0 0 | 0 | 无权限 |
| 0 0 1 | 1 | 只可执行 |
| 0 1 0 | 2 | 只可写 |
| 0 1 1 | 3 | 可写可执行 |
| 1 0 0 | 4 | 只可读 |
| 1 0 1 | 5 | 可读可执行 |
| 1 1 0 | 6 | 可读可写 |
| 0 0 0 | 7 | 可读可写可执行 |
下文将以此为例子，介绍位计算权限控制的原理。
权限管理的实现
校验权限：与运算
把需要校验的权限数值和当前的权限数值进行与运算，用来判断是否拥有某个权限。如果运算结果是被校验的权限值，则说明有这个权限；如果运算结果是0，则说明没有权限。
举个例子，写入的权限是2（010），判断权限6（110）有没有写入权限：
二进制：110 & 010 = 010 十进制：6 & 2 = 2
返回结果是2，说明权限6包含了写入的权限2。
再判断权限4（100）有没有写入权限：
二进制：100 & 010 = 000 十进制：4 & 2 = 0
返回结果是0，说明权限4不包含写入权限2。
添加权限：或运算
把需要添加的权限数值和当前的权限数值进行或运算，可以添加权限。
举个例子，给只读的权限4（100）增加写入2（010）权限：
二进制：100 | 010 = 110 十进制：4 | 2 = 6
运算的结果已经变成可读可写6了。
如果对原本已经有的权限进行或运算也没关系，比如可以给可读可写的权限6（110）增加写入权限2（010）：
二进制：110 | 010 = 110 十进制：6 | 2 = 6
原本的权限不会受到任何影响。
去除权限：非运算
把需要去除的权限数值和当前的权限数值进行或运算，可以去除权限。
举个例子，把可读可写的权限6（110）去除写入2（010）权限：
二进制：110 ^ 010 = 100 十进制：6 ^ 2 = 4
运算的结果已经变成只读4了。
不能对原本就没有的权限进行非运算。
总结
位运算实现的权限控制，具有运算速度快、节省存储空间、兼容所有的编程语言等优点，在软件系统架构中经常使用。
位运算也有一些局限性。随着权限数量的增加，数据长度变长，可读性会下降。受限于储存和运算位数限制，权限数存在上限，比如32位操作系统的权限就不能多于32个。
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