Java的位运算

目录

1 Java中支持的位运算

2 位运算规则

3 逻辑运算

3.1 与运算（&）

3.2 或运算（|）

3.3 异或运算（^）

3.3 取反运算（~）

4 位移操作

4.1 左移（<<）

4.2 右移（>>）

4.3 无符号右移（>>>）

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1 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，低位补符号位，符号位不变。

右移（>>）：一元运算符，按位右移一定的位置。高位补符号位，符号位不变，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。

2 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）：

3 逻辑运算

3.1与运算（&）

3.1.1 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。

3.1.2 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

3.2 或运算（|）

3.2.1 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。

3.2.2 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

3.3 异或运算（^）

3.3.1 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.

3.3.2 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.

3.3 取反运算（~）

3.3.1 运算规则

若位数为0，则取反后为1，若为1，取反后为0。

3.3.2 运算流程

以~2 = -3为例运算流程如下：

1.  2的原码为：00000000 00000000 00000000 00000010

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　　　　　　　

4 位移操作

4.1 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)

4.2 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。

4.3 无符号右移（>>>）

规则：高位填充0，低位溢出。如-1>>>1=2147483647