java中位运算和移位运算详解

拼搏现实的明天。 2022-11-25 10:09 209阅读 0赞

# 1、前言 #

Java中的原码、补码与反码是进行位操作及类型转换时十分重要的知识点，因此这里简单做一点总结。

### 1.1 Java中原码、补码与反码 ###

#### 1.1.1 原码 ####

原码比较好理解，也就是该数字不进行其他操作时数字最原始的二进制表示，在Java中我们有熟悉的byte,short,int,long的整数型基本数据类型以及float,double的浮点型基本数据类型。  
在Java中，对于整数而言，其原码格式为**最高位为符号位，该位上1表示负数而0表示正数**，剩余位数为该数字的二进制表示。在这里我们简单用int型的整数5及-5看下例子：  
5的**原码**：`00000000 00000000 00000000 00000101`  
\-5的**原码**: `10000000 00000000 00000000 00000101`  
因此，对于原码来说，绝对值相等的正数和负数只有符号位不同。

#### 1.1.2 反码 ####

从反码开始略有些复杂了，**正数的原码即为其反码，对于负数而言只需要将原码除符号位以外的位数取反（如果为0改为1，如果为1改为0）**，便得到了当前负数的反码。  
我们依旧拿数字5举例：  
5的反码： `00000000 00000000 00000000 00000101`  
\-5的反码：`11111111 11111111 11111111 11111010`

#### 1.1.3 补码 ####

明白了反码的规则，补码的表示方法就很简单了，**正数的原码即为其补码，负数的补码是上面取得的反码加1**。  
5的补码： `00000000 00000000 00000000 00000101`  
\-5的补码：`11111111 11111111 11111111 11111011`

同时注意：**Java中所有`基本数据类型`均使用该数字的`补码`进行表示**，所以在Java中测试5与-5的输出我们能看到这样的结果：

int i = 5;
        int j = -5;
        System.out.println(Integer.toBinaryString(i));
        //101  之前的29位全0被忽略了
    
        System.out.println(Integer.toBinaryString(j));
        //11111111111111111111111111111011

#### 总结 ####

正数：原码、反码、补码相同。  
负数：反码符号位不变化，其余位数取反,补码即为反码+1。

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# 2、位运算和移位运算 #

### 2.1 位运算 ###

#### 2.1.1 按 位 与 & ####

如果两个相应的二进制形式的对应的位数都为1，则结果为1，记为同1为1，否则为0。首先我们看一下对正数的运算  
![在这里插入图片描述][20200807181648401.png]  
![在这里插入图片描述][2020080718165913.png]

分别看一下正数和负数的具体运算步骤

![在这里插入图片描述][20200807181718414.png]  
![在这里插入图片描述][20200807181726360.png]

正数直接取二进制运算，负数取反加一得补码再运算，得到的结果符号位为0，不需要做任何操作直接给出结果，后面会讲到如果结果为负数的情况

#### 2.1.2 按位或 | ####

有1为1，否则为0  
![在这里插入图片描述][20200807181852865.png]  
![在这里插入图片描述][20200807181858568.png]  
分别看一下正数和负数的具体运算步骤  
![在这里插入图片描述][20200807181914405.png]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mzk5OTMyNw_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
讲一下负数求反和补码的直接给结果，当运算结果符号位是1为负数，那就需要进行减1操作，再按位取反，这个时候得到的才是正确的结果

#### 2.1.3 异或 ^ ####

相同为0，不同为1  
![在这里插入图片描述][20200807181946513.png]  
![在这里插入图片描述][20200807181952643.png]

### 2.2 移位运算 ###

#### 2.2.1 左 移 （<< ） ####

右边空出的位用0填补**高位左移溢出则舍弃该高位**。计算机中常用补码表示数据，注，用补码计算  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mzk5OTMyNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mzk5OTMyNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

#### 2.2.2 右 移 （>> ） ####

左边空出的位用0或者1填补。正数用0填补，负数用1填补。注：不同的环境填补方式可能不同；低位右移溢出则舍弃该位。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mzk5OTMyNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mzk5OTMyNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

#### 2.2.3 无 符 号 右 移 （>>> ） ####

无符号右移：正数与右移规则一样，负数的无符号右移，就是相应的补码移位所得，在高位补0即可  
![在这里插入图片描述][2020080718251085.png]  
![在这里插入图片描述][20200807182724689.png]

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