Java位运算符浅析

在学习源码中,发现有大量使用位运算符,这样做的目的是为了节约内存开销和加快计算效率。

位运算符,这个"位"代表这什么?

位:二进制位简称“位”,是二进制记数系统中表示小于2的整数的符号,一般用1或 0表示,是具有相等概率的两种状态中的一种。二进制位的位数可表示一个机器字的字长,一个二进制位包含的信息量称为一比特。摘自百度百科

int类型占4个字节(byte);

一个字节=8bit(位);

一个int类型的数值占32bit(位)

int i = 123;
10进制123转为二进制后等于:1111011
完整补位后:00000000 00000000 00000000 01111011

二进制的最高位为符号位,1代表负数,0代表正数,其余位表示数的绝对值

123转为二进制补齐后为:00000000 00000000 00000000 01111011,这是123的原码
负数的原码按照绝对值转为二进制后,最高位补1。
-123的原码:10000000 00000000 00000000 01111011

反码:正数的反码和原码相同,负数的反码为原码除最高位外取反(0变1,1变0)。

补码:正数的反码和原码相同,负数的补码为原码除最高位外取反+1。

123的原码:00000000 00000000 00000000 01111011
123的反码:00000000 00000000 00000000 01111011
123的补码:00000000 00000000 00000000 01111011

-123的原码:10000000 00000000 00000000 01111011
-123的反码:11111111 11111111 11111111 10000100
-123的补码:11111111 11111111 11111111 10000101

已知补码求解码
最高位如果是1的话(负数),那么除了最高位之外的取反,然后加1得原码。

最高位如果是0的话,不变,正数的补码就是他的原码。摘自

在计算机系统中,数值一律用补码来表示和存储。原因在于,使用补码,可以将符号位和数值域统一处理;同时,加法和减法也可以统一处理。此外,补码与原码相互转换,其运算过程是相同的,不需要额外的硬件电路。 摘自百度百科

打个比方:2-1是怎么计算的?

2-1=2+(-1);
2的补码: 00000010
-1的补码:11111111
结果0 00000001,最高位溢出丢弃2-1 = 1。
有关原码反码补码学习讨论可以参考:
原码、反码、补码的产生、应用以及优缺点有哪些?
原码, 反码, 补码 详解

& 按位与

举个例子:

20180618135259.png

log:i2=0;

&比较的是boolean表达式时,右边表达式的执行不受左边结果影响,所以当i<8不成立后,还是会执行i2++。结果i2=0,i<8不成立if语句里面代码未能执行。

&比较的是数值时,相对应位都是1,则结果为1否则为0。


21&-1 = 21;
正数补码和原码相同所以不必再转换。负数需除最高位取反后+1得原码。

| 按位或

按上面的例子,比较boolean表达式时左右两边都会执行,有一个为真则真。

20180618135122.png

20180618135212.png

| 比较数值时,相对应位都是0则结果为0,否则为1。


3.png

-21|-1 = -1;

^ 按位异或

相对应位值相同则结果为0,否则为1

5.png

-21^-1 = 20;

~ 按位取反

~位运算符将每一位取反

6.png

~21 = -22;
7.png

~-22 = 21;

移位运算

"有符号"左移<< 符号扩展机制值为正,则在高位补0,如果值为负,则在高位补1

8.png

22<<3 = 176;
"有符号"右移>>
9.png

-22>>4 = -2;

"无符号"右移>>>采用0扩展机制无论值的正负,都在高位补0

10.png

-22>>>4 = 268435454;

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