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二进制表示

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整数在内存中使用的是补码的形式表示,最高位是符号位,0表示正数,1表示负数:
例如一个8位的整数
正数的补码:为这个数的2进制码,例如3:0000 0101
负数的补码:为这个负数的绝对值的2进制码,取反加1,例如-3:
   a: 3的2进制码取反为: 1111 1010
   b: 加1:1111 1011
   c: 所以-3的补码是:1111 1011

从补码计算这个数:
从一个正数的补码计算这个正数,例如0000 0101:因为符号位是0,所以是正数,所以直接计算这个正数就行了,所以结果是 3

从一个负数的补码计算这个负数,例如-3:1111 1011:
   a: 因为符号位(最高位)为1,所以表示这个数是负数
   b: 用补码取反加1为这个负数的绝对值整数值:0000 0100 + 1 => 0000 0101 => 3
   c: 所以1111 1011的值为-3

例如:
   byte b = 127;
   b = (byte) (b + 1);
最后b的值是多少?
   127的二进制为: 0111 1111
   127+1则为:0111 1111 + 1 = 1000 0000
所以当计算1000 0000的值时,
   a: 最高位为1,所以是负数
   b: 取反加1:0111 1111 + 1 = 1000 0000
   c: 计算1000 0000的值:128
   d: 结果:128的负值,所以为-128,即byte类型的127加1的值为-128

 

java移位操作

移位运算符就是在二进制的基础上对数字进行平移。按照平移的方向和填充数字的规则分为三种:
    <<(左移)、>>(带符号右移)和>>>(无符号右移)。
  在移位运算时,byte、short和char类型移位后的结果会变成int类型,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。
  三种移位运算符的移动规则和使用如下所示:
 
 <<运算规则:按二进制形式把所有的数字向左移动对应的位数,高位移出(舍弃),低位的空位补零。
  语法格式:
  需要移位的数字 << 移位的次数
  例如: 5<<1,则是将数字5左移1位
  计算过程:
  5<<1
  首先把5转换为二进制数字0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101,然后把该数字高位(左侧)的两个零移出,其他的数字都朝左平移1位,
    最后在低位(右侧)的一个空位补零。则得到的最终结果是0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010,则转换为十进制是10.数学意义:
  在数字没有溢出的前提下,对于正数和负数,左移一位都相当于乘以2的1次方,左移n位就相当于乘以2的n次方。
  -5<<1 =-10
    
 >>运算规则:按二进制形式把所有的数字向右移动对应的位数,低位移出(舍弃),高位的空位补符号位,即正数补零,负数补1.
 如果最高位是0,那么左边最高位就补0; 如果最高位是1,那么左边最高位就补1(负数要用补码,正数补码跟原码一样)  
  语法格式:
  需要移位的数字 >> 移位的次数
  例如5>>2=1,则是将数字5右移2位
  计算过程:5的二进制形式为:0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101,然后把低位的最后两个数字移出,因为该数字是正数,所以在
    高位补零。则得到的最终结果是0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001.转换为十进制是1.
    数学意义:右移一位相当于除2,右移n位相当于除以2的n次方(不能整除的用取整)。
    例如-5>>2=-2 则是将数字-5右移2位   
    计算过程:

   -5的二进制形式:1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101

         转换成补码:1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1011

       移位高位补1:1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110

      再转换成原码:1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0010

       得到结果-2

 
 >>>运算规则:按二进制形式把所有的数字向右移动对应位数,低位移出(舍弃),高位的空位补零。对于正数来说和带符号右移相同,对于负数来说不同。
  其他结构和>>相似。
    -5>>>2 = 2^30-2
    原码  1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101
    补码  1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1011
 无符号右移两位  0011 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 +2-2
   0100 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 -2 = 2^30-2
    5>>>2=1 和5>>2 相同 
     
  在Thinking in Java第三章中的一段话:
  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

 

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