Java之位运算

本文主要介绍了Java中位运算的相关内容，以及位运算的底层实现

位运算的介绍

java 中有 7 个位运算：

• 按位与：&===》两位全是1，结果为1，否则为0
• 按位或：|===》两位有一个为1，结果为1，否则为0
• 按位异或：^===》两位一个为0，一个为1，结果为1，否则为0
• 按位取反：~===》0->1，1->0
• （位运算符）算术右移：>>：低位溢出,符号位不变,并用符号位补溢出的高位
• （位运算符）算术左移：<<：符号位不变,低位补 0
• （位运算符）无符号右移：>>>：逻辑右移也叫无符号右移,运算规则是: 低位溢出，高位补 0

特别说明：没有 <<< 符号

位运算的初步认识

public static void main(String[] args) {
    
        int a = 1 >> 2; // 1 åå³ä½ç§» 2 ä½
        int b = -1 >> 2;//ç®æ¯å³ç§»
        int c = 1 << 2;//ç®æ¯å·¦ç§»
        int d = -1 << 2;//
        int e = 3 >>> 2;//æ ç¬¦å·å³ç§»
        // a,b,c,d,e ç»ææ¯å¤å°
        System.out.println("a=" + a);
        System.out.println("b=" + b);
        System.out.println("c=" + c);
        System.out.println("d=" + d);
        System.out.println("e=" + e);
    
        System.out.println(~-2);
        System.out.println(~2);
}

java中的7 个位运算案例介绍

• 按位与：& ===》两位全是1，结果为1，否则为0

/**
 *    10010001  (一个字节有8位。一个数代表一个bit)
 *    11110010
 *  ——————————
 *    10010000
 *
 */

• 按位或：| ===》两位有一个是1，结果为1，否则为0

/**
  *    10010001  (一个字节有8位。一个数代表一个bit)
  *    11110010
  *  ——————————
  *    11110011
  *
  */

• 按位异或：^ ===》两位一个为0，一个位1，结果为1，否则为0

/**
 *    10010001  (一个字节有8位。一个数代表一个bit)
 *    11110010
 *  ——————————
 *    01100011
 */

• 按位取反：~ ===》0->1，一1->（0变为1，1变为0）；

/**
 *    10010001
 * ————————————
 *    01101110
 */

其他的类似，就不一一列举了

位运算的底层推导过程

此处要回顾一下，7基本数据类型对应多占用的字节数。

byte(1byte)->char(2byte)->int(4byte)->short(2byte)->long(8byte)->double(8byte)->float(4byte)
  8bit         16bit        32bit       16bit         64bit         64bit          32bit

• 案例1：按位&，2 & 3的推导过程

//1. 先得到2的补码==》得到2的补码前提需要得到2的原码：00000000 00000000 00000000 00000010
  //    得到2的补码（正数三码合一）：00000000 00000000 00000000 00000010
  //2. 得到3的补码===》得到3的补码前提是需要得到3的原码：00000000 00000000 00000000 00000011
  //    得到3的补码（正数三码合一）：00000000 00000000 00000000 00000011
  //3. 计算：
 /**
   * 按位&
   *    00000000 00000000 00000000 00000010（2的补码）
   *    00000000 00000000 00000000 00000011（3的补码）
   *  ————————————————————————————————————
   *    00000000 00000000 00000000 00000010（运算后的补码）
   *
   *    由于结果最高位位为0，所以为正数（三码合一）
   *    运算后的原码也是：00000000 00000000 00000000 00000010
   *    其结果转换为十进制：2
   */
System.out.println(2 & 3);

• 案例2：按位取反，~-2推导过程

//1. 先得到2的原码：00000000 00000000 00000000 00000010
//2. 由于结果最高位位为0，所以为正数（三码合一），所以2的补码
//        2的补码=00000000 00000000 00000000 00000010
//3、~2操作：     11111111 11111111 11111111 11111101(运算后的补码)
//    由于结果最高位位为1，所以为负数
//    需要先根据负数的补码-1得到负数的反码，然后负数的反码符号位不变，其他位取反即可得到原码
//  运算后负数的反码：负数的补码-1==》  11111111 11111111 11111111 11111100
//4、运算后的原码（反码符号位不变，其他位取反）： 10000000 00000000 00000000 00000011
//    其结果转换为十进制为：-3
// 按位或、按位异或推导过程类似。
  System.out.println(~2);

• 案例3：算术右移：>>；低位溢出（舍去）,符号位不变,并用符号位补溢出的高位

//推导过程
//1的二进制：00000000 00000000 00000000 00000001
//       ==>00000000 00000000 00000000 00000000
//   其本质：1/2/2 = 0； 
System.out.println(1>>2);

• 案例4：算术左移：<<；符号位不变,低位补 0

//推导过程
//1的二进制：00000000 00000000 00000000 00000001
//      ==>00000000 00000000 00000000 00000010
//其本质：1*2*2 = 4；
System.out.println(1<<2);

到此为止，关于位运算底层实现已介绍完毕，这一块真正的让你明白什么是原码、补码、反码。这样才能让你真正的明白Java底层计算逻辑的执行。