Java 位运算基础

灰太狼 2022-05-29 07:17 190阅读 0赞

> 位运算是比较接近机器语言的运算方式，虽然比较消耗脑力，但很高效，必要时加上几句位运算的代码，会使程序跑的更快，同时，它也是一些专门场景中非常重要的一部分。现在就让我一起来了解一下吧！

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### 1.位运算的表达式 ###

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>运算符</th> 
   <th align="center">含义</th> 
   <th align="right">运算符</th> 
   <th align="right">含义</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>～</td> 
   <td align="center">按位取反</td> 
   <td align="right">&lt;&lt;</td> 
   <td align="right">有符号数左移</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&amp;</td> 
   <td align="center">按位与</td> 
   <td align="right">&gt;&gt;</td> 
   <td align="right">有符号数右移</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>|</td> 
   <td align="center">按位或</td> 
   <td align="right">&gt;&gt;&gt;</td> 
   <td align="right">无符号数右移</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>^</td> 
   <td align="center">按位异或</td> 
   <td align="right"></td> 
   <td align="right"></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 2.运算符的优先级和结合性 ###

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>优先级</th> 
   <th align="center">运算</th> 
   <th align="right">结合性</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>1</td> 
   <td align="center">()、[]、.、new</td> 
   <td align="right">自左向右</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>2</td> 
   <td align="center">~、!、++、–、(类型名)、+(正号)、-(负号)</td> 
   <td align="right">自右向左</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>3</td> 
   <td align="center">*、/、%</td> 
   <td align="right">自左向右</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>4</td> 
   <td align="center">+、-</td> 
   <td align="right">自左向右</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>5</td> 
   <td align="center">&lt;&lt;、&gt;&gt;、&gt;&gt;&gt;</td> 
   <td align="right">自左向右</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>6</td> 
   <td align="center">&gt;、&gt;=、&lt;、&lt;=、instanceof</td> 
   <td align="right">自左向右</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>7</td> 
   <td align="center">==、!=</td> 
   <td align="right">自左向右</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>8</td> 
   <td align="center">&amp;</td> 
   <td align="right">自左向右</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>9</td> 
   <td align="center">^</td> 
   <td align="right">自左向右</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>10</td> 
   <td align="center">|</td> 
   <td align="right">自左向右</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>11</td> 
   <td align="center">&amp;&amp;</td> 
   <td align="right">自左向右</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>12</td> 
   <td align="center">||</td> 
   <td align="right">自左向右</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>13</td> 
   <td align="center">?:</td> 
   <td align="right">自右向左</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>14</td> 
   <td align="center">=、+=、-=、*=、/=、%=、&amp;=、^=、|=、&lt;&lt;=、&gt;&gt;=、&gt;&gt;&gt;=</td> 
   <td align="right">自右向左</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 3.练习实例 ###

> 针对位操作，这里提供一个对BMP格式图片的隐写练习。  
> 原理：BMP图片是无损的，可针对色位最低位注入自己的数据，而图片显示不出明显的改动痕迹\[实际是有的\]。
> 
> 代码详情：[https://gitee.com/kxwinxp/secretbmp][https_gitee.com_kxwinxp_secretbmp]  
> 注意：代码是针对24位BMP图片进行处理，兼容32位，但不支持低于24位

主体代码：

/** * 方法体入口 * InjectBmp(fileBmp,fileSecret)--->注入隐藏数据 * SuckBmp(fileBmpou,fileRecovery)--->读出隐藏数据 * @param args */
        public static void main(String[] args) {
            File fileBmp = new File("src/main/resources/origin.bmp");
            File fileSecret = new File("src/main/resources/origin.txt");
            //编译后路径
            //URL resource = Class.class.getClass().getResource("/origin.bmp");
    
            File fileBmpou=new File("src/main/resources/secret.bmp");
            File fileRecovery=new File("src/main/resources/secret.txt");
    
            try {
                //注入方法调用
                new testMain().InjectBmp(fileBmp,fileSecret);
    
                //提取方法调用
                byte[] result = new testMain().SuckBmp(fileBmpou,fileRecovery);
                System.out.println(new String(result, "UTF-8"));
    
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
    
        }
    
        /** * 将文本信息从BMP图片取出 * * @param fileBmp 存有隐藏数据的BMP图片路径 * @param fileSecret 取出数据到 [可空] * @return 取出数据Bytes * @throws Exception */
        public byte[] SuckBmp(File fileBmp, File fileSecret) throws Exception {
            FileOutputStream ou = null;
    
            if (fileSecret != null) {
                if (fileSecret.exists()) {
                    fileSecret.delete();
                }
                ou = new FileOutputStream(fileSecret);
            }
            BufferedImage bi = ImageIO.read(fileBmp);
            int width = bi.getWidth();
            int height = bi.getHeight();
            System.out.println("bmp:" + width + "*" + height + "=" + (width * height));
            //读取文件大小信息
            byte[] tranRead = BmpUtil.read(bi, new Position(), 8);
            long total = ByteUtil.getLong(tranRead, 0);
    
            //除去文件大小信息（8字节）的起点
            Position position = new Position((22) % bi.getWidth(), 22 / bi.getWidth(), 1);
    
            int len = 1024;
            System.out.println(total);
            byte[] allbt = null;
            while ((total - 1) / len > 1 || (len = (int) total) > 0) {
                total -= len;
                byte[] tranRead2 = BmpUtil.read(bi, position, len);
                allbt = (allbt == null) ? tranRead2 : ByteUtil.addBytes(allbt, tranRead2);
                if (ou != null) {
                    ou.write(tranRead2);
                    ou.flush();
                }
            }
            if (ou != null) {
                ou.close();
            }
            return allbt;
        }
    
    
    
        /** * 将文本信息注入BMP图片 * 原理:图片一个像素[3原色(RGB)，即3字节]可分离出3位，8像素可分离3字节 * * @param fileBmp 要存隐藏数据的BMP图片路径 * @param fileSecret 要存的隐藏数据路径 * @throws Exception */
        public void InjectBmp(File fileBmp, File fileSecret) throws Exception {
            FileInputStream in = new FileInputStream(fileSecret);
            BufferedImage bi = ImageIO.read(fileBmp);
    
            int inSize = 1024;
    
            byte[] inbt = new byte[inSize];
    
            //8个字节所占像素约为22
            int pixel=8*8/3+(8*8%3==0?0:1);
    
            Position position = new Position(pixel % bi.getWidth(), pixel / bi.getWidth(), 1);
    
            long len = 0;
            while ((inSize = in.read(inbt)) != -1) {
                len += inSize;
                //每次注入inSize=1024个字节，并返回下一个像素位置[具体到3原色]
                position = BmpUtil.inject(bi, position, inbt, inSize);
            }
            // 将文本大小信息保存在图片头部(8字节[充当long类型]约占22个像素)
            byte[] end = new byte[8];
            ByteUtil.putLong(end, len, 0);
    
            System.out.println("total:" + len + " px" + position.x + ",py" + position.y);
    
            BmpUtil.inject(bi, new Position(), end, 8);
            String format = "bmp";
            File fileout = new File(fileBmp.getAbsolutePath().substring(0, fileBmp.getAbsolutePath().lastIndexOf(File.separator)), "secret." + format);
            ImageIO.write(bi, format, fileout);
    
        }

[https_gitee.com_kxwinxp_secretbmp]: https://gitee.com/kxwinxp/secretbmp