Java基礎之位運算知識總結

目錄

一、位運算的分類(lèi)與展現效果

java位運算可以分為左移和右移，其中右移還有無(wú)符號右移。

java只對整型位移，可以分為int體系和long體系。int體系包括（byte, short, int, char），long體系只包含long。int體系中進(jìn)行位運算時(shí)，除int類(lèi)型外都會(huì )先轉換為int再進(jìn)行運算。.
無(wú)符號右移指的是，向右移動(dòng)時(shí)，左邊補位的是0。
一般來(lái)說(shuō)，右移左移常用作乘2n 或者除以2n。（右移除以2n，左移乘以2n）

int i1 = 4; 
int r1 = i1 >> 2; // 除以2^2
int r2 = i1 << 2; // 乘以2^2
System.out.println(r1); // 1
System.out.println(r2); // 16

二、原理

位運算實(shí)際上是將數值對應的二進(jìn)制進(jìn)行左右位移操作。java中數值的存儲、運算是以補碼的形式進(jìn)行的。數值有三種存儲方式：原碼、反碼、補碼。

原碼的最高位為符號位（0為正數，1為負數），其余位用于存儲數值，以8位整型為例，2對應：

0000 0010

-2對應：

1000 0010

  反碼和補碼的正數都與原碼相同。反碼的負數在原碼的基礎上進(jìn)行，除符號位外，其余按位取反。例如2的反碼為：

0000 0010(正數不變)

-2的反碼為：

1111 1101

補碼在反碼的基礎上進(jìn)行，反碼加1就變成補碼。

2：

0000 0010(正數不變)

-2為：

1111 1110

8位整型，反碼可以表示的范圍為：[-128,127]

-128的反碼表示為：

1000 0000

可以理解為：

1 1000 0000(原) => 1 0111 1111(反) => 1 1000 0000(補) => 1000 0000(補)

（查看了一些解釋?zhuān)?128的補碼規定為1000 0000，若不理解，可以先跳過(guò)。）

左移即是補碼向左移動(dòng)，右邊空出的用0補位，右移就是向右動(dòng)，左邊空出來(lái)的以符號位補位。（無(wú)符號右移，左邊空出來(lái)的以0補位）。下面以具體代碼舉例（int 為32位）：

正數：

int i1 = 4; // 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0100
int r1 = i1 >> 2; // 期望 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 = 1
int r2 = i1 << 2; // 期望 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0000 = 16
System.out.println(r1); // 實(shí)際：1
System.out.println(r2); // 實(shí)際：16

負數：

int i2 = -4; // 1111 1111 1111 1111 _ 1111 1111 1111 1100
int r3 = i2 >> 2; // 期望：1111 1111 1111 1111 _ 1111 1111 1111 1111 = -1
int r4 = i2 << 2; // 期望：1111 1111 1111 1111 _ 1111 1111 1111 0000 = -16
int rx = i2 >>> 1; // 期望: 0111 1111 1111 1111 _ 1111 1111 1111 1110 = 2147483646
System.out.println(rx); // 實(shí)際：2147483646
System.out.println(r3); // 實(shí)際：-1
System.out.println(r4); // 實(shí)際：-16

rx記錄無(wú)符號右移結果，移動(dòng)后左邊補位以0補滿(mǎn)，于是結果就變成了2147483646

三、邊界值測試

int類(lèi)型的范圍為[-2147483648, 2147483647]，下面對上下界分別進(jìn)行測試：

// 邊界值測試：
int imax = Integer.MAX_VALUE; // 21_4748_3647 = 0111_1111_1111_1111_1111_1111_1111_1111 (2^31-1)

int r5  = imax >> 2; // 0001_1111_1111_1111_1111_1111_1111_1111 = (2^30 - 1) = 5_3687_0911

System.out.println(r5);// 實(shí)際：5_3687_0911

int r6 = max << 2; // 1111_1111_1111_1111_1111_1111_1111_1100 (補碼形式 ) = -4

System.out.println(r6);// 實(shí)際：-4

int imin = Integer.MIN_VALUE; //-21_4748_3648=1000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000

int r7 = imin << 1; // 0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000 = 0

System.out.println(r7); // 實(shí)際：0

根據位運算原理，在邊界測試的結果并不一定是乘以2n或者除以2n。對邊界值進(jìn)行位運算時(shí)，需要注意。

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