java 详解位运算的原理和基本使用

电玩女神 2022-12-30 10:57 114阅读 0赞

今天 我们 详解 java 语言环境中位运算的原理和使用：

# 一. 位运算符 #

** java语言支持的位运算符如下：**

&：位与、

|：位或、

~：位非、

^：位异或、

<<：左位移运算符、

>>：右位移运算符、

<<<：无符号右移运算符。

1、位与（&），位与的运算规则：

![20201225112641663.png][]

规则总结：只有两个操作数对应位同为1时，结果为1，其余全为0. （或者是只要有一个操作数为0，结果就为0）。

举例：10&12

![Center][]

\-6&-2

![Center 1][]

6&-2

![Center 2][]

代码演示：

public class TestBinary {
        public static void main(String[] args) {
    
            System.out.println("the 10 is : " + Integer.toBinaryString(10));
            System.out.println("the 12 is : " + Integer.toBinaryString(12));
            System.out.println("the -2 is : " + Integer.toBinaryString(-2));
            System.out.println("the 6 is : " + Integer.toBinaryString(6));
            System.out.println("the -6 is : " + Integer.toBinaryString(-6));
            //位与&(真真为真 真假为假 假假为假) 10与12
            System.out.println("the 10&12 十进制 is :::: " + (10&12));
            System.out.println("the 10&12 is : " + Integer.toBinaryString(10&12));
    
            //-6与-2
            System.out.println("the -6&-2 十进制 is :::: " + (-6&-2));
            System.out.println("the -6&-2 is : " + Integer.toBinaryString(-6&-2));
    
            //6与-2
            System.out.println("the 6&-2 十进制 is :::: " + (6&-2));
            System.out.println("the 6&-2 is : " + Integer.toBinaryString(6&-2));
        }
    }

执行结果：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L25hbmRhbzE1OA_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

2、位或（|）的运算规则：

![20201225113007826.png][]

public class TestBinary {
        public static void main(String[] args) {
            System.out.println("the 10 is : " + Integer.toBinaryString(10));
            System.out.println("the 12 is : " + Integer.toBinaryString(12));
            System.out.println("the -2 is : " + Integer.toBinaryString(-2));
            System.out.println("the 2 is : " + Integer.toBinaryString(2));
            System.out.println("the 6 is : " + Integer.toBinaryString(6));
            System.out.println("the -6 is : " + Integer.toBinaryString(-6));
          
            //位或|(真真为真 真假为真 假假为假) 2|6
            System.out.println("the 2|6 十进制 is : " + (2|6));
            System.out.println("the 2|6 is : " + Integer.toBinaryString(2|6));
            // -2|-6
            System.out.println("the -2|-6 十进制 is : " + (-2|-6));
            System.out.println("the -2|-6 is : " + Integer.toBinaryString(-2|-6));
            //-2|6
            System.out.println("the -2|6 十进制 is : " + (-2|6 ));
            System.out.println("the -2|6  is : " + Integer.toBinaryString(-2|6 ));
            //2|-6
            System.out.println("the 2|-6 十进制 is : " + (2|-6 ));
            System.out.println("the 2|-6  is : " + Integer.toBinaryString(2|-6 ));
        }
    }

执行结果：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L25hbmRhbzE1OA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

规则总结：只有两个操作数对应位同为0时，结果为0，其余全为1.（或者是只要有一个操作数为1，结果就为1）。

3、位非（~）的运算规则

![20201225113058374.png][]

public class TestBinary {
        public static void main(String[] args) {
           
            //位非~
            System.out.println("the ~4 is : " + Integer.toBinaryString(~4));
            System.out.println("the ~4 十进制 is : " +(~4));
    
            System.out.println("the ~2 is : " + Integer.toBinaryString(~2));
            System.out.println("the ~2 十进制 is : " +(~2));
        }
    }

执行结果：

the ~4 is : 11111111111111111111111111111011
    the ~4 十进制 is : -5
    the ~2 is : 11111111111111111111111111111101
    the ~2 十进制 is : -3

在求负数的源码中使用过，负数二进制转十进制 大概思路是 ，减一，再取反码；负数十进制转二进制先将负整数的绝对值转换成二进制，然后求该二进制的反码，最后将反码加1，后续我们会举例分析。

4、位异或（^）的运算规则

![20201225113138158.png][]

public class TestBinary {
        public static void main(String[] args) {
            System.out.println("the 10 is : " + Integer.toBinaryString(10));
            System.out.println("the 12 is : " + Integer.toBinaryString(12));
            System.out.println("the -2 is : " + Integer.toBinaryString(-2));
            System.out.println("the 2 is : " + Integer.toBinaryString(2));
            System.out.println("the 6 is : " + Integer.toBinaryString(6));
            System.out.println("the -6 is : " + Integer.toBinaryString(-6));
    
            //位异或^(真真为假 真假为真 假假为假)
            System.out.println("the 2^6 十进制 is :::: " + (2^6));
            System.out.println("the 2^6 is : " + Integer.toBinaryString(6^2));
    
            System.out.println("the -2^-6 十进制 is :::: " + (-2^-6));
            System.out.println("the -2^-6 is : " + Integer.toBinaryString(-2^-6));
    }
    }

执行结果：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L25hbmRhbzE1OA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

规则总结：异：1.

5、左位移（<<）的运算规则：左移运算符，将运算符左边的对象向左移动运算符右边指定的位数（在低位补0）

符号位不变，低位补0。如：2<<2结果为8。

![Center 3][]

测试核心代码：

System.out.println("the 2<<2 is : " + Integer.toBinaryString(2<<2));
            System.out.println("the 2<<2 十进制 is : " + (2<<2));
    
            System.out.println("the -2>>2 is : " + Integer.toBinaryString(-2<<2));
            System.out.println("the -2>>2 十进制 is : " + (-2<<2));

执行结果：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L25hbmRhbzE1OA_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

当移动的位数超过数字本身的位数时，那么不就都需要补0操作，实际上不是的，java不可能做那么浪费资源的事情。在真正执行位移前，其对要移动的位数做了一些预处理，比如32处理为0，-1处理为31.

6、右位移（>>）的运算规则："有符号"右移运算 符，将运算符左边的对象向右移动运算符右边指定的位数。使用符号扩展机制，也就是说，如果值为正，则在高位补0，如果值为负，则在高位补1。低位溢出，符号位不变，并用符号位补溢出的高位。如：-6>>2结果为-2。

![Center 4][]

核心代码测试：

System.out.println("the 2>>2 is : " + Integer.toBinaryString(2>>2));
            System.out.println("the 2>>2 十进制 is : " + (2>>2));
    
            System.out.println("the -6>>2 is : " + Integer.toBinaryString(-6>>2));
            System.out.println("the -6>>2 十进制 is : " + (-6>>2));

执行结果：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L25hbmRhbzE1OA_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

7、无符号右移（>>>）的运算规则："无符号"右移运算 符，将运算符左边的对象向右移动运算符右边指定的位数。采用0扩展机制，也就是说，无论值的正负，都在高位补0。

低位溢出，高位补0。注意，无符号右移（>>>）中的符号位（最高位）也跟着变，无符号的意思是将符号位当作数字位看待。如：-1>>>1结果为2147483647。这个数字应该比较熟悉，看两个输出语句就知道是什么了：

![Center 5][]

核心测试代码：

//无符号右移>>>(不论正负,高位均补0)
            System.out.println("the -2>>>1 十进制  is : " + (-2>>>1));
            System.out.println("the -2>>>1 is : " + Integer.toBinaryString(-2>>>1));
    
            System.out.println("the 2>>>1 十进制  is : " + (2>>>1));
            System.out.println("the 2>>>1 is : " + Integer.toBinaryString(2>>>1));
    
            System.out.println("the 4>>>1 十进制  is : " + (4>>>1));
            System.out.println("the 4>>>1 is : " + Integer.toBinaryString(4>>>1));
    
            System.out.println("the -4>>>1 十进制  is : " + (-4>>>1));
            System.out.println("the -4>>>1 is : " + Integer.toBinaryString(-4>>>1));
    
            System.out.println("the -1>>>1 十进制 is : "+ (-1>>>1));
            System.out.println("the -1>>>1 is : "+ Integer.toBinaryString(-1>>>1));
    
            System.out.println("~(1 << 31)值："+~(1 << 31));
    
             System.out.println("1 << -1值:"+((1 << -1)-1));
    
               System.out.println("1 << -1值:"+~(1 << -1));
    
            System.out.println(Integer.toBinaryString(Integer.MAX_VALUE));

输出结果为：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L25hbmRhbzE1OA_size_16_color_FFFFFF_t_70 5][]

\-1>>>1  和-2>>>1  得到了int所能表示的最大整数，神奇吧。使用位运算往往能很巧妙的实现某些算法完成一些复杂的功能。

今天分享到此结束，下一篇我们分析二进制位运算在项目中的使用场景，敬请期待！

[20201225112641663.png]: /images/20221120/c80b9280f02c4fd69f1abf3a43bcbc43.png
[Center]: /images/20221120/64b8b13c12f547d595c621c46f96a193.png
[Center 1]: /images/20221120/205f104224024c8d9481e1a9c50940d6.png
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