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Java 中的位运算

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移位运算符

    包括:
    “>> 右移”;“<< 左移”;“>>> 无符号右移”

左移三位就是乘以8  ,左移n位就是乘以2的n次方

右移三位就是除以8  ,右移n位就是除以2的n次方

例子:
-5>>3=-1
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1011
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
其结果与 Math.floor((double)-5/(2*2*2)) 完全相同。

-5<<3=-40
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1011
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1101 1000
其结果与 -5*2*2*2 完全相同。

5>>3=0
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
其结果与 5/(2*2*2) 完全相同。

5<<3=40
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0010 1000
其结果与 5*2*2*2 完全相同。

-5>>>3=536870911     
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1011
0001 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111

无论正数、负数,它们的右移、左移、无符号右移 32 位都是其本身,比如 -5<<32=-5、-5>>32=-5、-5>>>32=-5。
一个有趣的现象是,把 1 左移 31 位再右移 31 位,其结果为 -1。
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001
1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111


位逻辑运算符

    包括:
    & 与;| 或;~ 非(也叫做求反);^ 异或

    “& 与”、“| 或”、“~ 非”是基本逻辑运算,由此可以演变出“与非”、“或非”、“与或非”复合逻辑运算。“^ 异或”是一种特殊的逻辑运算,对它求反可以得到“同或”,所以“同或”逻辑也叫“异或非”逻辑。

例子:
5&3=1
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001

-5&3=3
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1011
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011

5|3=7
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0111

-5|3=-5
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1011
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1011

~5=-6
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1010

~-5=4
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1011
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0100

 

5^3=6 (相同位变成0,不同位变成1)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110

-5^3=-8
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1011
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000
》做个记号

——————————————————————————————————————————————————

      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,也可能碰到一个问题。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非凡突出)。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。可用下面这个例子检测自己的实现方案:
  //: URShift.java
  // Test of unsigned right shift
  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);
   }
  } ///:~
  移位可与等号(<<=或>>=或>>>=)组合使用。此时,运算符左边的值会移动由右边的值指定的位数,再将得到的结果赋回左边的值。
  下面这个例子向大家阐示了如何应用涉及“按位”操作的所有运算符,以及它们的效果:
  //: BitManipulation.java
  // Using the bitwise operators
  import java.util.*;
  public class BitManipulation {
   public static void main(String[] args) {
    Random rand = new Random();
    int i = rand.nextInt();
    int j = rand.nextInt();
    pBinInt("-1", -1);
    pBinInt("+1", +1);
    int maXPos = 2147483647;
    pBinInt("maxpos", maxpos);
    int maxneg = -2147483648;
    pBinInt("maxneg", maxneg);
    pBinInt("i", i);
    pBinInt("~i", ~i);
    pBinInt("-i", -i);
    pBinInt("j", j);
    pBinInt("i & j", i & j);
    pBinInt("i j", i j);
    pBinInt("i ^ j", i ^ j);
    pBinInt("i << 5", i << 5);
    pBinInt("i >> 5", i >> 5);
    pBinInt("(~i) >> 5", (~i) >> 5);
    pBinInt("i >>> 5", i >>> 5);
    pBinInt("(~i) >>> 5", (~i) >>> 5);
    long l = rand.nextLong();
    long m = rand.nextLong();
    pBinLong("-1L", -1L);
    pBinLong("+1L", +1L);
    long ll = 9223372036854775807L;
    pBinLong("maxpos", ll);
    long lln = -9223372036854775808L;
    pBinLong("maxneg", lln);
    pBinLong("l", l);
    pBinLong("~l", ~l);
    pBinLong("-l", -l);
    pBinLong("m", m);
    pBinLong("l & m", l & m);
    pBinLong("l m", l m);
    pBinLong("l ^ m", l ^ m);
    pBinLong("l << 5", l << 5);
    pBinLong("l >> 5", l >> 5);
    pBinLong("(~l) >> 5", (~l) >> 5);
    pBinLong("l >>> 5", l >>> 5);
    pBinLong("(~l) >>> 5", (~l) >>> 5);

   }
   static void pBinInt(String s, int i) {
    System.out.println(
     s + ", int: " + i + ", binary: ");
    System.out.print("  ");
    for(int j = 31; j >=0; j--)
     if(((1 << j) & i) != 0)
      System.out.print("1");
     else
      System.out.print("0");
    System.out.println();
   }
   static void pBinLong(String s, long l) {
    System.out.println(
     s + ", long: " + l + ", binary: ");
    System.out.print("  ");
    for(int i = 63; i >=0; i--)
     if(((1L << i) & l) != 0)
      System.out.print("1");
     else
      System.out.print("0");
    System.out.println();
   }
  } ///:~
  程序末尾调用了两个方法:pBinInt()和pBinLong()。它们分别操作一个int和long值,并用一种二进制格式输出,同时附有简要的说明文字。目前,可暂时忽略它们具体的实现方案。
  大家要注重的是System.out.print()的使用,而不是System.out.println()。print()方法不会产生一个新行,以便在同一行里罗列多种信息。
  除展示所有按位运算符针对int和long的效果之外,本例也展示了int和long的最小值、最大值、+1和-1值,使大家能体会它们的情况。注重高位代表正负号:0为正,1为负。下面列出int部分的输出:
  -1, int: -1, binary:
    11111111111111111111111111111111
  +1, int: 1, binary:
    00000000000000000000000000000001
  maxpos, int: 2147483647, binary:
    01111111111111111111111111111111
  maxneg, int: -2147483648, binary:
    10000000000000000000000000000000
  i, int: 59081716, binary:
    00000011100001011000001111110100
  ~i, int: -59081717, binary:
    11111100011110100111110000001011
  -i, int: -59081716, binary:
    11111100011110100111110000001100
  j, int: 198850956, binary:
    00001011110110100011100110001100
  i & j, int: 58720644, binary:
    00000011100000000000000110000100
  i j, int: 199212028, binary:
    00001011110111111011101111111100
  i ^ j, int: 140491384, binary:
    00001000010111111011101001111000
  i << 5, int: 1890614912, binary:
    01110000101100000111111010000000
  i >> 5, int: 1846303, binary:
    00000000000111000010110000011111
  (~i) >> 5, int: -1846304, binary:
    11111111111000111101001111100000
  i >>> 5, int: 1846303, binary:
    00000000000111000010110000011111
  (~i) >>> 5, int: 132371424, binary:
    00000111111000111101001111100000
  数字的二进制形式表现为“有符号2的补值”。

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