Java位运算实例分析

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一、位运算的分类与展现效果

java位运算可以分为左移和右移，其中右移还有无符号右移。

java只对整型位移，可以分为int体系和long体系。int体系包括（byte, short, int, char），long体系只包含long。int体系中进行位运算时，除int类型外都会先转换为int再进行运算。.
无符号右移指的是，向右移动时，左边补位的是0。
一般来说，右移左移常用作乘2n 或者除以2n。（右移除以2n，左移乘以2n）

int i1 = 4; 
int r1 = i1 >> 2; // 除以2^2
int r2 = i1 << 2; // 乘以2^2
System.out.println(r1); // 1
System.out.println(r2); // 16

二、原理

位运算实际上是将数值对应的二进制进行左右位移操作。java中数值的存储、运算是以补码的形式进行的。数值有三种存储方式：原码、反码、补码。

原码的最高位为符号位（0为正数，1为负数），其余位用于存储数值，以8位整型为例，2对应：

0000 0010

-2对应：

1000 0010

  反码和补码的正数都与原码相同。反码的负数在原码的基础上进行，除符号位外，其余按位取反。例如2的反码为：

0000 0010(正数不变)

-2的反码为：

1111 1101

补码在反码的基础上进行，反码加1就变成补码。

2：

0000 0010(正数不变)

-2为：

1111 1110

8位整型，反码可以表示的范围为：[-128,127]

-128的反码表示为：

1000 0000

可以理解为：

1 1000 0000(原) => 1 0111 1111(反) => 1 1000 0000(补) => 1000 0000(补)

（查看了一些解释，-128的补码规定为1000 0000，若不理解，可以先跳过。）

左移即是补码向左移动，右边空出的用0补位，右移就是向右动，左边空出来的以符号位补位。（无符号右移，左边空出来的以0补位）。下面以具体代码举例（int 为32位）：

正数：

int i1 = 4; // 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0100
int r1 = i1 >> 2; // 期望 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 = 1
int r2 = i1 << 2; // 期望 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0000 = 16
System.out.println(r1); // 实际：1
System.out.println(r2); // 实际：16

负数：

int i2 = -4; // 1111 1111 1111 1111 _ 1111 1111 1111 1100
int r3 = i2 >> 2; // 期望：1111 1111 1111 1111 _ 1111 1111 1111 1111 = -1
int r4 = i2 << 2; // 期望：1111 1111 1111 1111 _ 1111 1111 1111 0000 = -16
int rx = i2 >>> 1; // 期望: 0111 1111 1111 1111 _ 1111 1111 1111 1110 = 2147483646
System.out.println(rx); // 实际：2147483646
System.out.println(r3); // 实际：-1
System.out.println(r4); // 实际：-16

rx记录无符号右移结果，移动后左边补位以0补满，于是结果就变成了2147483646

三、边界值测试

int类型的范围为[-2147483648, 2147483647]，下面对上下界分别进行测试：

// 边界值测试：
int imax = Integer.MAX_VALUE; // 21_4748_3647 = 0111_1111_1111_1111_1111_1111_1111_1111 (2^31-1)

int r5  = imax >> 2; // 0001_1111_1111_1111_1111_1111_1111_1111 = (2^30 - 1) = 5_3687_0911

System.out.println(r5);// 实际：5_3687_0911

int r6 = max << 2; // 1111_1111_1111_1111_1111_1111_1111_1100 (补码形式 ) = -4

System.out.println(r6);// 实际：-4

int imin = Integer.MIN_VALUE; //-21_4748_3648=1000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000

int r7 = imin << 1; // 0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000 = 0

System.out.println(r7); // 实际：0

根据位运算原理，在边界测试的结果并不一定是乘以2n或者除以2n。对边界值进行位运算时，需要注意。

读到这里，这篇“Java位运算实例分析”文章已经介绍完毕，想要掌握这篇文章的知识点还需要大家自己动手实践使用过才能领会，如果想了解更多相关内容的文章，欢迎关注亿速云行业资讯频道。