java中byte转换int时为何与0xff进行与运算

在剖析该问题前请看如下代码

public static String bytes2HexString(byte[] b) {
  String ret = "";
  for (int i = 0; i < b.length; i++) {
   String hex = Integer.toHexString(b[i] & 0xFF);
   if (hex.length() == 1) {
    hex = '0' + hex;
   }
   ret += hex.toUpperCase();
  }
  return ret;
 }
上面是将byte[]转化十六进制的字符串,注意这里b[i] & 0xFF将一个byte和 0xFF进行了与运算,然后使用Integer.toHexString取得了十六进制字符串,可以看出
b[i] & 0xFF运算后得出的仍然是个int,那么为何要和 0xFF进行与运算呢?直接 Integer.toHexString(b[i]);,将byte强转为int不行吗?答案是不行的.

其原因在于:
1.byte的大小为8bits而int的大小为32bits
2.java的二进制采用的是补码形式

在这里先温习下计算机基础理论

byte是一个字节保存的，有8个位，即8个0、1。
8位的第一个位是符号位， 
也就是说0000 0001代表的是数字1 
1000 0000代表的就是-1 
所以正数最大位0111 1111，也就是数字127 
负数最大为1111 1111，也就是数字-128

上面说的是二进制原码，但是在java中采用的是补码的形式，下面介绍下什么是补码

1、反码：
        一个数如果是正，则它的反码与原码相同；
        一个数如果是负，则符号位为1，其余各位是对原码取反；

2、补码：利用溢出，我们可以将减法变成加法
       对于十进制数，从9得到5可用减法：
       9－4＝5    因为4+6＝10，我们可以将6作为4的补数
       改写为加法：
       9+6＝15（去掉高位1，也就是减10）得到5.

对于十六进制数，从c到5可用减法：
       c－7＝5    因为7+9＝16 将9作为7的补数
       改写为加法：
       c+9＝15（去掉高位1，也就是减16）得到5.

在计算机中，如果我们用1个字节表示一个数，一个字节有8位，超过8位就进1，在内存中情况为（100000000），进位1被丢弃。

⑴一个数为正，则它的原码、反码、补码相同
    ⑵一个数为负，刚符号位为1，其余各位是对原码取反，然后整个数加1
    
 - 1的原码为                10000001
 - 1的反码为                11111110
                                                   + 1
 - 1的补码为                11111111
 
 0的原码为                 00000000
 0的反码为                 11111111（正零和负零的反码相同）
                                          +1
 0的补码为               100000000（舍掉打头的1，正零和负零的补码相同）

Integer.toHexString的参数是int，如果不进行&0xff，那么当一个byte会转换成int时，由于int是32位，而byte只有8位这时会进行补位，
例如补码11111111的十进制数为-1转换为int时变为11111111111111111111111111111111好多1啊，呵呵！即0xffffffff但是这个数是不对的，这种补位就会造成误差。
和0xff相与后，高24比特就会被清0了，结果就对了。

需要注意几点：

1.计算机中数据按照补码存储

2.byte是8位，int是32位，byte转换为int后是32位，如果不和0xff进行与运算，

例如：byte=-1 那么转为int的补码就是11111111 11111111 11111111 11111111，toHexString()后就是ff ff ff ff 跟原来的相比较多了三个ff。

byte为负数，高3字节就填充1，整数就补0，所以，如果byte是正数那么是否进行&0xff结果都一样；如果是负数就一定需要&0xff。

转自：http://cfanllm.iteye.com/blog/1041961