「移位运算符」Java 位运算符和移位运算符

移位运算符

参考：

Bitwise and Bit Shift Operators

《java 编程思想第3章操作符》

今天学习 Java BitSet 类时，发现对于位运算符和移位运算符的操作有些陌生，所以重新复习一下

主要内容：

位操作浅析
位运算符
移位运算符
优先级
问题解析
取值范围

位操作浅析

Java 可在整数类型（integral type）数据上进行位（bit）操作

整数类型：

字节型(byte，8 位)
短整型(short，16 位)
整型(int，32 位)
长整型(long，64 位)

原码，反码和补码

参考：

原码，反码和补码的关系？

原码、反码、补码的产生、应用以及优缺点有哪些？

首先原码，反码和补码都是基于二进制数进行的

对于正数而言，其原码，反码和补码一致（无符号数就是正数）

在 Java 中的整数类型都是有符号数，即其最高位为符号位（正数为 0，负数为 1）

默认情况下，二进制数就是原码表示，所以将十进制数 15 转换为二进制原码就是（假定为 8 位整数）

00001111

将十进制数 -15 转换为二进制原码就是

10001111

原码和反码相互转换规则：负数保留符号位不变，其它位按位取反

将十进制 -15 转换为二进制反码就是

11110000

原码和补码相互转换规则：负数符号位不变，其余位求反再加 1

将十进制 -15 转换为二进制补码就是

11110001

加减运算

在计算机中，使用补码保存整数类型数据（因为补码格式有利于计算机进行移位运算）

加减运算时，补码直接相加即可（符号位参与运算）

进制转换

Java 不能直接表示二进制整数，但可以表示成八进制（以数字 0 开头），十进制（没有前置）和十六进制（以数字 0 和字符 x 开头），默认情况使用十进制计算

比如对于整数 15 来说，其八进制表示为 017，十六进制表示为 0xf

通常情况下使用十六进制来表示二进制

一个整型数据占 4 个字节，共 32 位，那么对于整型数 a = 15 来说，其二进制表示如下

// 前面共 28 个 0
0000...0001111

转换为十六进制，就是 0x0000000f

位运算符

Java 提供了 4 种位运算符

位与运算符（bitwise and operator）：&
位或运算符（bitwise inclusive or operator）：|
位异或运算符（bitwise exclusive or operator）：^
位取反运算符（bitwise invert operator）：~

这些运算符是在二进制补码上进行操作

测试程序如下：

public static void main(String[] args) {
    byte a = 15;
    byte b = -15;

    System.out.println(a & b);
    System.out.println(a | b);
    System.out.println(a ^ b);
    System.out.println(~a);
    System.out.println(~b);
}

一个字节数占 8 位，将 a，b 转换为二进制：

a = 0000 1111
b = 1111 0001

Note：计算机使用补码表示

位与运算符：仅当两个操作数同一下标的值均为 1 时，结果才为 1

a & b = 0000 1111 & 1111 0001 = 0000 0001(补) = 0000 0001(原) = 1

位或运算符：只要两个操作数同一下标的值有一个为 1 时，结果就为 1

a | b = 0000 1111 & 1111 0001 = 1111 1111(补) = 1000 0001(原) = -1

位异或运算符：只有两个操作数同意下标的值不相等时，结果才为 1

a ^ b = 0000 1111 ^ 1111 0001 = 1111 1110(补) = 1000 0010(原) = -2

位取反运算符：按位取反每一位

~a = ~0000 1111 = 1111 0000(补) = 1001 0000(原) = -16
~b = ~1111 0001 = 0000 1110(补) = 0000 1110(原) = 14

Note 1：byte 或者 short 类型数值进行位运算后，返回的是 int 类型数值（没有找到资料说明在位运算之前是否已经进行了转换，不过先将 a，b 转换为 int 类型二进制再进行计算的结果和上面一致）

Note 2：位运算符的操作不排除符号位