java位运算符

Java 语言中的位运算符分为位逻辑运算符和位移运算符两类，下面详细介绍每类包含的运算符。

1. 位逻辑运算符

位逻辑运算符包含 4 个：&（与）、|（或）、~（非）和 ^（异或）。除了 ~（即位取反）为单目运算符外，其余都为双目运算符。表 1 中列出了它们的基本用法。

运算符	含义	实例	结果
&	按位进行与运算（AND）	4 & 5	4
|	按位进行或运算（OR）	4 | 5	5
^	按位进行异或运算（XOR）	4 ^ 5	1
~	按位进行取反运算（NOT）	~ 4	-5

1.1 与运算符

位与运算符为 &，其运算规则是：参与运算的数字，低位对齐，高位不足的补零，如果对应的二进制位同时为 1，那么结果才为 1，否则为 0。因此，任何数与 0 进行按位与运算，其结果都为 0。

应用：

判断奇偶性：任意数 a&1=0 为偶数，a&1=1为偶数

取低位：根据运算性质，任意数a&(1<<n)-1 得到a的低n位，代码举例如下：

    public static void main(String[] args) {
        System.err.println(Integer.toBinaryString(27)); //1011
        System.err.println(Integer.toBinaryString(11));// 11011
        System.err.println(11 & (1 << 3) - 1); //3  即011
        System.err.println(27 & (1 << 3) - 1); //3
        System.err.println(27 & (1 << 4) - 1); //11 即1101
    }

利用取低位的性质，得到另一个应用：任意数（0除外）a&(a-1)==0即表示a是2的次方数

取余：a%(2^n) = a&(1<<n-1) 注意这里的^是幂函数，仅限于除数是2的次方数如a%16=a&15

1.2 或运算符

 位或运算符为 |，其运算规则是：参与运算的数字，低位对齐，高位不足的补零。如果对应的二进制位只要有一个为 1，那么结果就为 1；如果对应的二进制位都为 0，结果才为 0。

应用：后位置1（利用的就是加粗部分的运算特性），如hashmap的tableSizeFor方法

1.3 异或运算符

位异或运算符为^，其运算规则是：参与运算的数字，低位对齐，高位不足的补零，如果对应的二进制位相同（同时为 0 或同时为 1）时，结果为 0；如果对应的二进制位不相同，结果则为 1。

特性：a ^ a = 0，a ^ 0 = a，(a ^ b) ^ c = a ^ (b ^ c)

应用：不使用临时变量，交换两个数的值

a ^= b;
b ^= a; 
a ^= b;
分析：对应这三步
a = a ^ b;
b = a ^ b = (a ^ b) ^ b = a ^ (b ^ b) = a ^ 0 = a;
a = a ^ b = (a ^ b) ^ b = (a ^ a) ^ b = b ^ 0 = b

附，该题还有其他解法如：

a = a + b;
b = a - b;
a = a - b;

1.4 取反运算符

位取反运算符为~，其运算规则是：只对一个操作数进行运算，将操作数二进制中的 1 改为 0，0 改为 1。

应用：（这里涉及到负数补码的知识）

求相反数： ~a + 1

求绝对值： a >> 31 == 0 ? a : (~a + 1)

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2. 位移运算符

参考文章负数位运算的右移操作-C语言基础 - 十一一个人 - 博客园

首先需要了解一下原码，反码，补码的知识：原码，补码，反码_Mr_moving-优快云博客

在计算机中，数值一律用补码来表示（存储），无论是左移还是右移，都是以此为前提进行操作。

2.1 右移：

右移分为有符号右移和无符号右移（java中用>>>符号表示），区别仅在于有符号右移，符号位不移动保持不变，无符号右移，高位统一补0，所以负数会变正数

下面是有符号右移的例子

首先是 +5>>2 = 1

+5
原码 0000 …… 0101
补码 0000 …… 0101
>>2（正数右移高位补0）
补码 0000 …… 0001
原码 0000 …… 0001
= 1

然后是 -5>>2 = -2

-5
原码 1000 …… 0101
反码 1111 …… 1010 负数的反码是保留符号位不变源码取反
补码 1111 …… 1011 补码是反码加1
>>2 (负数右移高位补1)
补码 1111 …… 1110
反码 1111 …… 1101 补码转反码减1
源码 1000 … 0010 负数反码转源码保留符号位不变取反
= -2

无符号右移

-5
原码 1000 …… 0101
反码 1111 …… 1010 负数的反码是保留符号位不变源码取反
补码 1111 …… 1011 补码是反码加1
>>>2(无符号右移，高位补0)
补码 0011 …… 1110
反码 (此时符号位已经变为0了，系统会当成正数来处理，原反补码均一样)
原码 0011 …… 1110
= 这个不好说，得看操作系统的位数（在我这里int为32位，
结果为：107374182==>00111111 11111111 11111111 11111110）

2.2 左移：

左移相对于右移来说，就十分朴实无华，不在乎符号位，也就不存在无符号左移的说法，因为左移就是在低位补0

无论是有符号的正数还是负数，其左移都是在其补码的基础上面左移，而且低位都是补0。看到这里，你是否就意识到了一个问题，“如果正数的补码在左移的过程中，刚好有一个1移到了最高位，那么是否就会变成了负数呢？”嗯，这种情况确实是会发生的。负数左移到一定值的时候也会变成正。

2.3 注意事项

1. 在移位运算时，byte、short和char类型移位后的结果会变成int类型，所以一般是以32位的补码形式运算。

2. 当移位较大时，比如移动33位，对于byte、short、char和int进行移位时，规定实际移动的次数是移动次数和32的余数，也就是移位33次和移位1次得到的结果相同。移动long型的数值时，规定实际移动的次数是移动次数和64的余数，也就是移动66次和移动2次得到的结果相同。

2.4 位移运算的应用

在计算机系统中通常是以补码的形式存在的，以16位int数据为例，其中最为特殊的就 -1的补码 ， -1的补码为：1111 1111 1111 1111；通过-1>>>n可以获取（二进制）从低位到指定位n全部为1的值；同时使用-1<< m可以获取从指定位m到符号位全部为1的值；通过（-1>>>n）&（-1<< m）就可以获取二进制中指定位置(低位到高位)全部为1的int值。

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附运算符优先级，没必要记，括号是万能的。

优先级	运算符
1	()、[]、{}
2	!、+、-、~、++、--
3	*、/、%
4	+、-
5	«、»、>>>
6	<、<=、>、>=、instanceof
7	==、!=
8	&
9	^
10	|
11	&&
12	||
13	?:
14	=、+=、-=、*=、/=、&=、|=、^=、~=、«=、»=、>>>=