Java 位运算总结
一、Java中支持的位运算
- 位与(&):二元运算符,两个为1时结果为1,否则为0
- 位或(|):二元运算符,两个其中有一个为1时结果就为1,否则为0
- 位异或(^):二元运算符,两个数同时为1或0时结果为1,否则为0
- 位取非(~):一元运算符,取反操作
- 左移(<<):一元运算符,按位左移一定的位置。高位溢出,低位补零。
- 右移(>>):一元运算符,按位右移一定的位置。高位补零,低位溢出。
- 无符号右移(>>>):一元运算符,符号位(即最高位)保留,其它位置向右移动,高位补零,低位溢出。
二、位运算规则
Java数值运算过程中都是先将十进制转换为二进制然后再进行运算,再把二进制数据转换为十进制展现给用户。二进制运算规则如下:
对于有符号的而言,
- 最高位为符号位,0表示正数,1表示负数
- 正数的原码,反码和补码都一样,三码合一
- 负数的反码:符号位保持不限,其他位取反
- 负数的补码:补码 + 1
- 0的反码和补码都是0
- 计算机的运算的时候,都是将原码转成补码进行运算的
下面以 -1 为例子展示原码、反码和补码的转换关系(以int数据类型为例,int类型在Java中占4字节):
三、逻辑运算
(一)、与运算(&)
一、运算规则
两个数相同位置的比特进行与运算,若两个位置均为1,那么结果就为1,否者为0。
二、运算流程
以 4 & -5 = 0为例子展示运算流程:
1. 因为4为正数,所以原码和补码相同,即4的补码为:00000000 0000000 00000000 00000100
2.因为-5为负数,所以需要进行原码 >>> 反码 >>> 补码的转换
1)原码:10000000 00000000 00000000 00000101
2)反码:11111111 11111111 11111111 11111010
3)补码:11111111 11111111 11111111 11111011
3.将4和-5的补码进行 & 运算:00000000 0000000 00000000 00000100
11111111 11111111 11111111 11111011 &
00000000 00000000 00000000 00000000
4.得到的补码结果为:00000000 00000000 00000000 00000000。所以结果为0
(二)、或运算(|)
一、运算规则
两个数相同位置的比特进行或运算,若其中一个为1则结果为1,否个结果为0。
二、运算流程
以 -2 | 5 = -1为例展示运算流程:
1.-2为负数,需要进行原码 > 反码 > 补码的转换。转换步骤如下:
1)原码:10000000 00000000 00000000 00000010
2)符号位不变,其他位置取反得反码:11111111 11111111 11111111 11111101
3)在反码的基础上+1得到补码: 11111111 11111111 11111111 11111110
2.5为正数,补码和反码一致,所以5的补码为:00000000 00000000 00000000 00000101
3.将-2 和 5 的补码进行或运算: 11111111 11111111 11111111 11111110
| 00000000 00000000 00000000 00000101
11111111 11111111 11111111 11111111
4.根据上面的运算得到补码结果为:11111111 11111111 11111111 11111111
5.结果显然是一个负数,而负数的补码和原码不一致,所以需要将补码结果转换为原码才能得到最终的结果
6.补码转原码的过程是跟原码转补码相反的过程,具体过程如下:
1)补码:11111111 11111111 11111111 11111111
2)补码 -1 得到反码:11111111 11111111 11111111 11111110
3)符号位不变,其他位置取反得:10000000 00000000 00000000 00000001
7.最终得到的原码结果为 10000000 00000000 00000000 00000001,转成十进制为 -1
(三)、异或运算(^)
一、运算规则
两个数相同位置的比特进行或运算,若两个数均为0或1,则结果为0,否者为1.
二、运算流程
以 1 ^ -5 = 6 为例,具体运算流程如下:
1.1的补码为:00000000 00000000 00000000 00000001
2.-5的补码为:11111111 11111111 11111111 11111011(可参考与运算给出的流程)
3.两个补码运算:
00000000 00000000 00000000 00000001
^ 11111111 11111111 11111111 11111011
11111111 11111111 11111111 11111010
4.得到的补码结果为:11111111 11111111 11111111 11111010
5.补码为负数,需要转换成原码:
1)补码:11111111 11111111 11111111 11111010
2)反码:11111111 11111111 11111111 11111001
3)原码:10000000 00000000 00000000 000000110
6.由原码:10000000 00000000 00000000 000000110,得出最终的时间结果为 -6.
(四)、取反运算(~)
一、运算规则
若位数为0,则取反后为1,若为1,取反后为0。
二、运算规则
以~2 = -3为例运算流程如下:
1.2的原码为:00000000 00000000 00000000 00000010
2.2的补码跟原码一致也为:00000000 00000000 00000000 00000010
3.取反:111111111 11111111 11111111 11111101
4.取反后的结果仍未补码,此时补码为负数,则需要转成原码
5. 11111111 11111111 11111111 11111101 - 1 得到反码:11111111 11111111 11111111 11111100
6. 11111111 11111111 11111111 11111100 符号位不变,其他位置取反得到原码为:10000000 00000000 00000000 00000011
7. 10000000 00000000 00000000 00000011 转成十进制结果为 -3
四、位移操作
(一)、左移(<<)
规则:符号位不变,高位溢出截断,低位补零。比如 -1 << 2 = -4 (为方便讲解,图示的补码为-1)
(二)、右移(>>)
规则:符号位不变,低位溢出截断,高位用符号位填充。如:8 >> 2 = 2。
(三)、无符号右移(>>>)
规则:高位填充0,低位溢出。如-1>>>1=2147483647
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