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資料庫欄位複用技巧：位元運算實現多狀態單欄位儲存

編輯：PHP 相關知識

核心概念：位元遮罩

利用整數的二進位位元，將多個獨立的布林/枚舉狀態壓縮儲存於單一 INT UNSIGNED 欄位。透過位元 AND（&）查詢、位元 OR（|）設定、位元 XOR（^）切換，實現極高效能的多屬性索引與過濾。

邏輯代數基礎

運算	符號	真值表	助記
AND	&	1&1=1, 其餘=0	「全 1 才 1」，如同乘法
OR	\|	0\|0=0, 其餘=1	「有 1 即 1」，如同加法
NOT	~	0→1, 1→0	翻轉位元

欄位定義範例：`users.status INT UNSIGNED NOT NULL DEFAULT 0`

位元分配（從低位到高位）：

位元區間	用途	值定義	遮罩
0-2 (3 bits)	註冊狀態	0=未審, 1=通過, 2=高級, 3=管理, 4=超管	0b111 = 7
3-5 (3 bits)	性別	0=未知, 1=男, 2=女	0b111000 = 56
6-8	會員等級	0=普通, 1=銀, 2=金, 3=鑽	0b111000000 = 448
9-31	保留擴充	—	—

PHP 常數定義與查詢建構

<?php
// 狀態常數
define('USER_NEW',      0b000);   // 0
define('USER_NORMAL',   0b001);   // 1
define('USER_ADVANCE',  0b010);   // 2
define('USER_MANAGE',   0b011);   // 3
define('USER_SUPER',    0b100);   // 4
define('USER_MASK',     0b111);   // 7

define('GENDER_UNKNOWN', 0b000000); // 0
define('GENDER_MALE',    0b001000); // 8  (1 << 3)
define('GENDER_FEMALE',  0b010000); // 16 (2 << 3)
define('GENDER_MASK',    0b111000); // 56

// 查詢建構函式
function buildWhere(int $status, int $mask): string {
    return "(`status` & $mask) = $status";
}

// 使用範例
$sql = "SELECT * FROM users WHERE " . buildWhere(GENDER_MALE, GENDER_MASK);
// → SELECT * FROM users WHERE (status & 56) = 8

$sql = "SELECT * FROM users WHERE " . buildWhere(USER_MANAGE, USER_MASK);
// → SELECT * FROM users WHERE (status & 7) = 3

// 組合條件：男性且為管理員
$combinedStatus = GENDER_MALE | USER_MANAGE; // 8 | 3 = 11
$combinedMask   = GENDER_MASK | USER_MASK;   // 56 | 7 = 63
$sql = "SELECT * FROM users WHERE " . buildWhere($combinedStatus, $combinedMask);
// → (status & 63) = 11

// 排除條件：非「未審核」
$sql = "SELECT * FROM users WHERE (status & " . USER_MASK . ") != " . USER_NEW;
?>

位元操作封裝 Trait（可複用於 Model）

<?php
trait BitwiseFlags {
    protected int $flags = 0;

    public function hasFlag(int $mask, int $value = null): bool {
        if ($value === null) return ($this->flags & $mask) !== 0;
        return ($this->flags & $mask) === $value;
    }

    public function setFlag(int $mask, int $value): self {
        $this->flags = ($this->flags & ~$mask) | ($value & $mask);
        return $this;
    }

    public function toggleFlag(int $mask): self {
        $this->flags ^= $mask;
        return $this;
    }

    public function getRawFlags(): int {
        return $this->flags;
    }
}

// 使用
class User {
    use BitwiseFlags;
    // ...
}
$user = new User();
$user->setFlag(GENDER_MASK, GENDER_MALE)
     ->setFlag(USER_MASK, USER_MANAGE);
echo $user->hasFlag(GENDER_MASK, GENDER_MALE); // true
?>

優缺點分析

優點	缺點
單欄位儲存多屬性，節省結構修改成本	語義隱含於程式碼常數，DB 直接看不懂
位元運算極快，索引友善（`status & mask = val` 可用索引）	單一屬性值域受限於位元寬度（3 bits 只能 0-7）
組合查詢單一 WHERE 條件，減少 JOIN	需嚴格管理常數定義，避免位元衝突
新增屬性只需分配新位元區，無 ALTER TABLE	不適用於高基數屬性（如標籤、分類）