JAVA 中的位运算与二进制操作

负数的二进制

前面我们说了正整数的二进制运算规则，为什么不是整个整数范围的二进制运算呢？原来这个和计算机表示有关系，计算机无法读取负数，只能对应做加法，所以当一个负数转为二进制的时候，便有了新的表示法，我们称之为补码表示法

补码/反码/原码

首先我们要明白一点，二进制的首位用来表示正数还是负数，如果是 0 则是正数，1 为负数，剩下的才是对应的值，但是需要注意的一点是，计算机的计算中负数也会转换为正数来计算，而转换的过程，则是先获取绝对值(正数)得二进制结果，此过程称之为原码，然后给当前的补码每一位反过来，则是最终负数的结果，此过程称之为反码，接着通过给当前反码+1 的结果，称之为补码，****。当然由于数值类型不同，字节数不同，我们知道每一个字节占 8 个比特位，整数有四种类型，分别为 byte、short、int、long，分别占 1、2、4、8 字节，即 8、16、32、64 个比特位，所以当位数不够的时候，高位会补 0(从左到右则是高位到低位)。

例如当前值为-1，首先我们获取绝对值 1，首先是一个字节的值，也就是 8 个比特位，1 的二进制原码为 1，前面补 0，则是 00000001，接着我们将当前值反过来，得到反码 11111110，然后对反码+1 则是补码 11111111，所以-1 得值就是 11111111。

例如-127，绝对值为 127，原码为 01111111，反码为 10000000，补码则是 10000001，其他的负数都是如此。

位运算

前面介绍了整数的二进制操作，那么在计算机操作中，往往对二进制辅以位运算，以此来达到快速运算的结果，接下来，就开始学习计算机中的位运算操作，首先将所有的位运算列出来，如下:

如此多的运算，到底是如何计算的呢？

(<<)左移位

假设当前有值 int a = 5，操作为 5 << 3，则是对 5 做左移三位的操作，那么具体操作步骤是什么呢?

1.将 5 转为 32 比特位(int)的二进制，得出结果 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101

2.这个时候将整体朝左移动三位，超过三十二位的高位舍弃(少舍弃一位，留下一位作为正负数的符号位，即正数最高位补 0，负数最高位补 1)，低位不足补 0，则是 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0010 1000 ，将当前二进制转换为十进制，则是 40，所以最终计算的结果为 40

public class LeftMoving{public static void main(String[] args){int a = 5;System.out.println("5<<3="+(a << 3));//5<<3=40}}

(>>)右移位

假设当前值 int a = 5，操作为 5>>1，则是对 5 右移 1 位的操作，具体步骤如下:

1.将 5 转为 32 比特位的二进制，结果为 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101

2.将整体二进制的结果右移 1 位，如果本身为正数，首个最高位补 0，负数首个最高位补 1，其他高位补 0，超过的低位舍弃，结果为 00000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 010，将这个值转为十进制为 2，所以最终结果为 2

public class NegativeRightMoving{public static void main(String[] args){int a = 5;System.out.println("5>>1="+(a>>1));//5>>1=2}}

(>>>)无符号右移

这里我们假设值 int a = -5，操作为-5>>>1，操作如下:

1.原码为 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101

2.反码为 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1010

3.补码为 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1011

4.整体右移 1 位，高位补 0，低位超过部分舍弃，则为 0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1101，转为十进制为 2147483645 ，所以最终结果为 2147483645

public class UnsignedRightMoving{public static void main(String[] args){int a = -5;System.out.println("-5>>>1="+(a>>>1));//-5>>>1=2147483645}}

ps:一定要分清楚无符号右移和右移操作的区别，右移位运算符>>，若操作的值为正，则在高位插入 0；若值为负，则在高位插入 1，右移补零操作符>>>，无论正负，都在高位插入 0

(&)位与运算符

假设值 int a = 129，操作为 129&128，具体步骤如下：

1.129 转为二进制 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0001，128 转二进制为 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0000

2.从最高位开始比较，同一位的两个值都为 1 则是 1，否则为 0，则最终结果为 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0000 ，即 128

public static void main(String[] args){System.out.println("129&128="+(129&128));//129&128=128}

(|)位或运算符

假设值 int a = 129，操作为 129|128，具体步骤如下：

1.129 转为二进制 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0001，128 转二进制为 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0000

2.从最高位开始比较，同一位的两个值有一个为 1 则是 1，否则为 0，则最终结果为 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 《一线大厂 Java 面试题解析+后端开发学习笔记+最新架构讲解视频+实战项目源码讲义》无偿开源 威信搜索公众号【编程进阶路】 0001 即 129

public static void main(String[] args){System.out.println("129|128="+(129|128));//129|128=129}

(~)位非运算符

假设值为 37，操作为~37，具体步骤如下：

1.37 转为二进制为 00000000 00000000 00000000 00100101

2.~操作是指如果每一位的值为 0，则是 1，如果为 1，则是 0，所以整体取反，结果为 11111111 11111111 11111111 11011010

3.由于当前获取的结果首位为 1，代表值为负数，那么我们通过当前补码计算原码，首先将补码-1 得到反码，则为 11111111 11111111 11111111 11011001，然后整体取反，则为 00000000 00000000 00000000 00100110 ，转为 10 进制为 38，由于是负数，则最终结果为-38

public static void main(String[] args){System.out.println("~37="+(~37));//~37=-38}

(^)位异或运算

假设当前值为 8，操作为 8^11，具体操作如下：

1.8 转为二进制 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 ，11 转为二进制为 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1011

2.^运算符则是比较每一位的值是否一致，一致为 0，否则为 1，所以比较的结果为 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 ，转为十进制结果为 3

public static void main(String[] args){System.out.println("8^11="+(8^11));//8^11=3}

(<<=)左移赋值

假设当前有值 int a = 5，操作为 a <<= 3，那么具体操作步骤是什么呢?

1.先将 5 做左移三位的操作，得出结果为 40(此步骤与<<一致)

2.然后将最终结果重新赋值给 a，即 a 为 40

public class LeftMoving{public static void main(String[] args){int a = 5;a <<= 3;//a = a << 3System.out.println(a);//40}