Java中的移位操作以及基本数据类型转换成字节数组

JAVA中位运算符包括:
&
|
~
^
<<
>>
>>>

一、
首先要搞清楚参与运算的数的位数：
(
联想：java的8种基本类型：byte,short, char, int, long,float,double,boolean. 
   在内存中固定长度(字节)：1      2       2       4     8     4       8      true/false
   这些固定类型的长度与具体的软硬件环境无关。这一点与C++不同,Java中的char类型用Unicode码储存

与此对应的，java提供了8种包装类型： 
Byte,Short,Character,Integer,Long,Float,Double,Boolean. 
它们之间的相互转换：例如： 
double a=1; 
//把double基本类型转换为Double包装类型 
Double b=new Double(a); 
//把Double包装类型转换为double基本类型 
a=b.doubleValue();
)

所以int的是32位。long的是64位。

如int i = 1;
i的二进制原码表示为：
00000000000000000000000000000001

long l = 1;
l的二进制原码表示为：
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001

二、
原码——符号位为0表示正数，为1表示负数；
 其余各位等同于真值的绝对值。
 如：0000000000000010B=2，1000000000000010B=-2 
反码——符号位的用法及正数的表示与“原码”一样；
 负数的表示是在“原码”表示的基础上通过将符号位以外
 的各位取反来获得的。
 如：0000000000000010B=2，1111111111111101B=-2 
补码——符号位的用法及正数的表示与“原码”一样；
 负数的表示是在“反码”的基础上通过加1来获得的。
 如：00000010B=2，11111110B=-2

如int i = -1;
10000000000000000000000000000001,最高位是符号位。正数为0，负数为1。
符号位不变，其他位逐位取反后：
11111111111111111111111111111110,即反码。
反码加1：
11111111111111111111111111111111,即补码。
==================================================================
   注意：负数都是用补码参与运算的。得到的也是补码，需要减1取反获得原码。          
           千万要理解这句话!!!                                                                                                     
==================================================================

三、
常用的位运算符0在位运算中是比较特殊的。
　
& 与。    全1为1， 有0为0。　　任何数与0与都等于0。　　
| 或。      有1为1， 全0为0。　　任何数与0或都等于原值。
~ 非。     逐位取反
^ 异或。  相同为0，相异为1。      任何数与0异或都等于原值。

对于int类型数据来说：
1.<<
逻辑左移,右边补0,符号位就是被移动到的位.
正数:
x<<1一般相当于2x,但是可能溢出.
若x在这个范围中: 2的30次方~(2的31次方-1) 二进制表示 0100...0000到0111...1111,<<后最高为变为1了,变成负数了.
负数:
x<<1一般也相当于2x,也有可能溢出.
若x在这个范围中: -2的31次方~-(2的30次方+1)二进制表示1000...0000到1011...1111,<<后最高为变成0了,变成正数了.

2.>>
算术右移,和上面的不对应,为正数时左边补0,为负数时左边补1.
x>>1,相当于x/2,余数被舍弃,因为这个是缩小,所以不会溢出.
不过有一点要注意: -1右移多少位都是-1.(这个道理很简单嘛，呵呵)
另外舍弃的余数是正的:
 3>>1=1  舍弃的余数是1.
-3>>1=-2 舍弃的余数也是1,而不是-1.
对于正数 x>>1和x/2相等
对于负数 x>>1和x/2不一定相等.

3.>>>
逻辑右移,这个才是和<<对应的
这个把符号位一起移动,左边补0
对于正数,>>>和>>是一样的
对于负数,右移之后就变成正数了.

可以使用Integer.toBinaryString(int i)来看01比特,更加直观.

四、
负数参与的运算，得到的是补码，负数得到原码的方法：
　　方法一：将补码先减1，再逐位取反，得到原码。即为运算结果。
　　方法二：将补码先逐位取反，再加1，得到原码。即为运算结果。
0例外，如果得到的是0，则不需这两种方法，即得到的原码位0。
另外，两个正数运算后得到的就是原码,不需要再用求原码方法。

举例：
-1＾1,
-1
10000000000000000000000000000001--原码
11111111111111111111111111111110--反码
11111111111111111111111111111111--补码
1
00000000000000000000000000000001--原码

则-1^1等于
11111111111111111111111111111111^
00000000000000000000000000000001=
11111111111111111111111111111110--补码
11111111111111111111111111111101--反码
10000000000000000000000000000010--原码==-2
即-1^1=-2

举例：
-2^1
-2
10000000000000000000000000000010--原码
11111111111111111111111111111101--反码
11111111111111111111111111111110--补码
1
00000000000000000000000000000001--原码
则-2^-1等于
11111111111111111111111111111110^
00000000000000000000000000000001=
11111111111111111111111111111111--补码
11111111111111111111111111111110--反码
10000000000000000000000000000001--原码==-1

下面的是cooltigerzsh(阿波罗) 于 2005-2-4 15:16:07对(<<、>>、 >>>)的一翻讲解：

移位运算符面向的运算对象也是二进制的“位”。可单独用它们处理整数类型（主类型的一种）。
左移位运算符（<<）能将运算符左边的运算对象向左移动运算符右侧指定的位数（在低位补0）。
“有符号”右移位运算符（>>）则将运算符左边的运算对象向右移动运算符右侧指定的位数。
“有符号”右移位运算符使用了“符号扩展”：若值为正，则在高位插入0；若值为负，则在高位插入1。
Java也添加了一种“无符号”右移位运算符（>>>），它使用了“零扩展”：无论正负，都在高位插入0。
这一运算符是C或C 没有的。若对char，byte或者short进行移位处理，那么在移位进行之前，它们会自动转换成一个int。
只有右侧的5个低位才会用到。这样可防止我们在一个int数里移动不切实际的位数。
若对一个long值进行处理，最后得到的结果也是long。此时只会用到右侧的6个低位，防止移动超过long值里现成的位数。
但在进行“无符号”右移位时，也可能遇到一个问题。若对byte或short值进行右移位运算，
得到的可能不是正确的结果（Java 1.0和Java 1.1特别突出）。它们会自动转换成int类型，并进行右移位。
但“零扩展”不会发生，所以在那些情况下会得到-1的结果。

如：
public class URShift {
public static void main(String[] args) {
int i = -1;
i >>>= 10;
System.out.println(i);
long l = -1;
l >>>= 10;
System.out.println(l);
short s = -1;
s >>>= 10;
System.out.println(s);
byte b = -1;
b >>>= 10;
System.out.println(b);
}
}
输出结果：
4194303
18014398509481983
-1
-1

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还有一点不得不提，也是非常隐含的一点，那就是我在Einstein的BLOG上找到的，他说是SCJP上的题，
摘录他的文章如下：

SCJP里的题还真是"噶"呀,很多都是让人想不到的问题,有点意思.哈哈,今天最后一个,之后趴趴,太晚了,
明天还是去沈阳卖数码相机呢(兴奋ing...)
 
下面代码:
class test002
{
 public static void main(String[] agrs)
 {
  int i=-1;
  int j=i>>>32;
  System.out.println(j);
 }
}
按照我的理解应该输出:0,因为JAVA的INT类型是占4字节的,也就是说占32位,当右移了32位的时候所有的位应该都变成0,但输出结果确是:-1,
想了很久没想明白就上网发了个帖子问了一下,非常感谢coffer283和danieljill()两位朋友.
原来在JAVA进行移位运算中因为int是占32位,进行移位的数是32的模,所以当i>>>32的时候就等于i>>>0,相当于没有进行移位.
我又试了试long类型的移位,long占8字节也就是64位,所以移位的数是64的模.
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上面是他的问题，给了我不少的启发，对Java的移位运算有了跟深一层的理解。
同时我也对byte,short类型的移位周期做了实验，也是32，跟int类型的相同，从而也验证了byte、short进行右移位运算，会自动转换成int类型，我并验证了<<、>>、>>>这3个移位运算符都遵循移位周期。
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前段时间用到，拿出来和大家分享！

// 整数到字节数组转换
 public static byte[] int2bytes(int n) {
 byte[] ab = new byte[4];
 ab[0] = (byte) (0xff & n);
 ab[1] = (byte) ((0xff00 & n) >> 8);
 ab[2] = (byte) ((0xff0000 & n) >> 16);
 ab[3] = (byte) ((0xff000000 & n) >> 24);
 return ab;
 }

 // 字节数组到整数的转换
 public static int bytes2int(byte b[]) {
 int s = 0;
 s = ((((b[0] & 0xff) << 8 | (b[1] & 0xff)) << 8) | (b[2] & 0xff)) << 8
 | (b[3] & 0xff);
 return s;
 }

 // 字节转换到字符
 public static char byte2char(byte b) {
 return (char) b;
 }

 private final static byte[] hex = "0123456789ABCDEF".getBytes();

 private static int parse(char c) {
 if (c >= 'a')
 return (c - 'a' + 10) & 0x0f;
 if (c >= 'A')
 return (c - 'A' + 10) & 0x0f;
 return (c - '0') & 0x0f;
 }

 // 从字节数组到十六进制字符串转换
 public static String Bytes2HexString(byte[] b) {
 byte[] buff = new byte[2 * b.length];
 for (int i = 0; i < b.length; i++) {
 buff[2 * i] = hex[(b[i] >> 4) & 0x0f];
 buff[2 * i + 1] = hex[b[i] & 0x0f];
 }
 return new String(buff);
 }

 // 从十六进制字符串到字节数组转换
 public static byte[] HexString2Bytes(String hexstr) {
 byte[] b = new byte[hexstr.length() / 2];
 int j = 0;
 for (int i = 0; i < b.length; i++) {
 char c0 = hexstr.charAt(j++);
 char c1 = hexstr.charAt(j++);
 b[i] = (byte) ((parse(c0) << 4) | parse(c1));
 }
 return b;
 }

 

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

 

 

package com.test;

import java.nio.ByteBuffer;

public class ByteUtil {

    /** 
     * @param args 
     */ 
    public static void main(String[] args) { 
        short s = -20; 
        byte[] b = new byte[2]; 
        putShort(b, s, 0); 
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(2); 
        buf.put(b); 
        buf.flip(); 
        System.out.println(getShort(b, 0)); 
        System.out.println(buf.getShort()); 
        System.out.println("***************************"); 
        int i = -40; 
        b = new byte[4]; 
        putInt(b, i, 0); 
        buf = ByteBuffer.allocate(4); 
        buf.put(b); 
        buf.flip(); 
        System.out.println(getInt(b, 0)); 
        System.out.println(buf.getInt()); 
        System.out.println("***************************"); 
        long l = -40; 
        b = new byte[8]; 
        putLong(b, l, 0); 
        buf = ByteBuffer.allocate(8); 
        buf.put(b); 
        buf.flip(); 
        System.out.println(getLong(b, 0)); 
        System.out.println(buf.getLong()); 
        System.out.println("***************************"); 
    }

    public static void putShort(byte b[], short s, int index) { 
        b[index] = (byte) (s >> 8); 
        b[index + 1] = (byte) (s >> 0); 
    }

    public static short getShort(byte[] b, int index) { 
        return (short) (((b[index] << 8) | b[index + 1] & 0xff)); 
    }

    // /////////////////////////////////////////////////////// 
    public static void putInt(byte[] bb, int x, int index) { 
        bb[index + 0] = (byte) (x >> 24); 
        bb[index + 1] = (byte) (x >> 16); 
        bb[index + 2] = (byte) (x >> 8); 
        bb[index + 3] = (byte) (x >> 0); 
    }

    public static int getInt(byte[] bb, int index) { 
        return (int) ((((bb[index + 0] & 0xff) << 24) 
                | ((bb[index + 1] & 0xff) << 16) 
                | ((bb[index + 2] & 0xff) << 8) | ((bb[index + 3] & 0xff) << 0))); 
    }

    // ///////////////////////////////////////////////////////// 
    public static void putLong(byte[] bb, long x, int index) { 
        bb[index + 0] = (byte) (x >> 56); 
        bb[index + 1] = (byte) (x >> 48); 
        bb[index + 2] = (byte) (x >> 40); 
        bb[index + 3] = (byte) (x >> 32); 
        bb[index + 4] = (byte) (x >> 24); 
        bb[index + 5] = (byte) (x >> 16); 
        bb[index + 6] = (byte) (x >> 8); 
        bb[index + 7] = (byte) (x >> 0); 
    }

    public static long getLong(byte[] bb, int index) { 
        return ((((long) bb[index + 0] & 0xff) << 56) 
                | (((long) bb[index + 1] & 0xff) << 48) 
                | (((long) bb[index + 2] & 0xff) << 40) 
                | (((long) bb[index + 3] & 0xff) << 32) 
                | (((long) bb[index + 4] & 0xff) << 24) 
                | (((long) bb[index + 5] & 0xff) << 16) 
                | (((long) bb[index + 6] & 0xff) << 8) | (((long) bb[index + 7] & 0xff) << 0)); 
    } 
}

评论

1 楼 Luminosite 2012-09-10  

那个bytes2int和int2bytes的函数是配套的吗？0-3的数组次序好像弄反了。