Java 位运算(移位、位与、或、异或、非）

所有的整数类型以二进制数字位的变化及其宽度来表示。例如，byte 型值42的二进制代码是00101010 ，其中每个位置在此代表2的次方，在最右边的位以20开始。向左下一个位置将是21，或2，依次向左是22，或4，然后是8，16，32等等，依此类推。因此42在其位置1，3，5的值为1（从右边以0开始数）；这样42是21+23+25的和，也即是2+8+32 。 所有的整数类型（除了char 类型之外）都是有符号的整数。这意味着他们既能表示正数，又能表示负数。Java 使用大家知道的2的补码（two's complement ）这种编码来表示负数，也就是通过将与其对应的正数的二进制代码取反（即将1变成0，将0变成1），然后对其结果加1。例如，-42就是通过将42的二进制代码的各个位取反，即对00101010 取反得到11010101 ，然后再加1，得到11010110 ，即-42 。要对一个负数解码，首先对其所有的位取反，然后加1。例如-42，或11010110 取反后为00101001 ，或41，然后加1，这样就得到了42。 如果考虑到零的交叉（zero crossing ）问题，你就容易理解Java （以及其他绝大多数语言）这样用2的补码的原因。假定byte 类型的值零用00000000 代表。它的补码是仅仅将它的每一位取反，即生成11111111 ，它代表负零。但问题是负零在整数数学中是无效的。为了解决负零的问题，在使用2的补码代表负数的值时，对其值加1。即负零11111111 加1后为100000000 。但这样使1位太靠左而不适合返回到byte 类型的值，因此人们规定，-0和0的表示方法一样，-1的解码为11111111 。尽管我们在这个例子使用了byte 类型的值，但同样的基本的原则也适用于所有Java 的整数类型。 因为Java 使用2的补码来存储负数，并且因为Java 中的所有整数都是有符号的，这样应用位运算符可以容易地达到意想不到的结果。例如，不管你如何打算，Java 用高位来代表负数。为避免这个讨厌的意外，请记住不管高位的顺序如何，它决定一个整数的符号。 二 位逻辑运算符 位逻辑运算符有“与”（AND）、“或”（OR）、“异或（XOR ）”、“非（NOT）”，分别用“&”、“|”、“^”、“~”表示，4-3 表显示了每个位逻辑运算的结果。在继续讨论之前，请记住位运算符应用于每个运算数内的每个单独的位。 表4-3 位逻辑运算符的结果 A 0 1 0 1 B 0 0 1 1 A | B 0 1 1 1 A & B 0 0 0 1 A ^ B 0 1 1 0 ~A 1 0 1 0 按位非（NOT） 按位非也叫做补，一元运算符NOT“~”是对其运算数的每一位取反。例如，数字42，它的二进制代码为： 00101010 经过按位非运算成为 11010101 按位与（AND） 按位与运算符“&”，如果两个运算数都是1，则结果为1。其他情况下，结果均为零。看下面的例子： 00101010 42 &00001111 15 00001010 10 按位或（OR） 按位或运算符“|”，任何一个运算数为1，则结果为1。如下面的例子所示： 00101010 42 | 00001111 15 00101111 47 按位异或（XOR） 按位异或运算符“^”，只有在两个比较的位不同时其结果是 1。否则，结果是零。下面的例子显示了“^”运算符的效果。这个例子也表明了XOR 运算符的一个有用的属性。注意第二个运算数有数字1的位，42对应二进制代码的对应位是如何被转换的。第二个运算数有数字0的位，第一个运算数对应位的数字不变。当对某些类型进行位运算时，你将会看到这个属性的用处。 00101010 42 ^ 00001111 15 00100101 37 位逻辑运算符的应用 下面的例子说明了位逻辑运算符： // Demonstrate the bitwise logical operators. class BitLogic { public static void main(String args[]) { String binary[] = {"0000", "0001", "0010", "0011", "0100", "0101", "0110", "0111", "1000", "1001", "1010", "1011", "1100", "1101", "1110", "1111" }; int a = 3; // 0 + 2 + 1 or 0011 in binary int b = 6; // 4 + 2 + 0 or 0110 in binary int c = a | b; int d = a & b; int e = a ^ b; int f = (~a & b) | (a & ~b); int g = ~a & 0x0f; System.out.println(" a = " + binary[a]); System.out.println(" b = " + binary[b]); System.out.println(" a|b = " + binary[c]); System.out.println(" a&b = " + binary[d]); System.out.println(" a^b = " + binary[e]); System.out.println("~a&b|a&~b = " + binary[f]); System.out.println(" ~a = " + binary[g]); } } 在本例中，变量a与b对应位的组合代表了二进制数所有的 4 种组合模式：0-0，0-1，1-0 ，和1-1 。“|”运算符和“&”运算符分别对变量a与b各个对应位的运算得到了变量c和变量d的值。对变量e和f的赋值说明了“^”运算符的功能。字符串数组binary 代表了0到15 对应的二进制的值。在本例中，数组各元素的排列顺序显示了变量对应值的二进制代码。数组之所以这样构造是因为变量的值n对应的二进制代码可以被正确的存储在数组对应元素binary[n] 中。例如变量a的值为3，则它的二进制代码对应地存储在数组元素binary[3] 中。~a的值与数字0x0f （对应二进制为0000 1111 ）进行按位与运算的目的是减小~a的值，保证变量g的结果小于16。因此该程序的运行结果可以用数组binary 对应的元素来表示。该程序的输出如下： a = 0011 b = 0110 a|b = 0111 a&b = 0010 a^b = 0101 ~a&b|a&~b = 0101 ~a = 1100 三 左移运算符 左移运算符<<使指定值的所有位都左移规定的次数。它的通用格式如下所示： value << num 这里，num 指定要移位值value 移动的位数。也就是，左移运算符<<使指定值的所有位都左移num位。每左移一个位，高阶位都被移出（并且丢弃），并用0填充右边。这意味着当左移的运算数是int 类型时，每移动1位它的第31位就要被移出并且丢弃；当左移的运算数是long 类型时，每移动1位它的第63位就要被移出并且丢弃。 在对byte 和short类型的值进行移位运算时，你必须小心。因为你知道Java 在对表达式求值时，将自动把这些类型扩大为 int 型，而且，表达式的值也是int 型。对byte 和short类型的值进行移位运算的结果是int 型，而且如果左移不超过31位，原来对应各位的值也不会丢弃。但是，如果你对一个负的byte 或者short类型的值进行移位运算，它被扩大为int 型后，它的符号也被扩展。这样，整数值结果的高位就会被1填充。因此，为了得到正确的结果，你就要舍弃得到结果的高位。这样做的最简单办法是将结果转换为byte 型。下面的程序说明了这一点： // Left shifting a byte value. class ByteShift { public static void main(String args[]) { byte a = 64, b; int i; i = a << 2; b = (byte) (a << 2); System.out.println("Original value of a: " + a); System.out.println("i and b: " + i + " " + b); } } 该程序产生的输出下所示： Original value of a: 64 i and b: 256 0 因变量a在赋值表达式中，故被扩大为int 型，64（0100 0000 ）被左移两次生成值256 （10000 0000 ）被赋给变量i。然而，经过左移后，变量b中惟一的1被移出，低位全部成了0，因此b的值也变成了0。 既然每次左移都可以使原来的操作数翻倍，程序员们经常使用这个办法来进行快速的2 的乘法。但是你要小心，如果你将1移进高阶位（31或63位），那么该值将变为负值。下面的程序说明了这一点： // Left shifting as a quick way to multiply by 2. class MultByTwo { public static void main(String args[]) { int i; int num = 0xFFFFFFE; for(i=0; i<4; i++) { num = num << 1; System.out.println(num); } } 这里，num 指定要移位值value 移动的位数。也就是，左移运算符<<使指定值的所有位都左移num位。每左移一个位，高阶位都被移出（并且丢弃），并用0填充右边。这意味着当左移的运算数是int 类型时，每移动1位它的第31位就要被移出并且丢弃；当左移的运算数是long 类型时，每移动1位它的第63位就要被移出并且丢弃。 在对byte 和short类型的值进行移位运算时，你必须小心。因为你知道Java 在对表达式求值时，将自动把这些类型扩大为 int 型，而且，表达式的值也是int 型。对byte 和short类型的值进行移位运算的结果是int 型，而且如果左移不超过31位，原来对应各位的值也不会丢弃。但是，如果你对一个负的byte 或者short类型的值进行移位运算，它被扩大为int 型后，它的符号也被扩展。这样，整数值结果的高位就会被1填充。因此，为了得到正确的结果，你就要舍弃得到结果的高位。这样做的最简单办法是将结果转换为byte 型。下面的程序说明了这一点： // Left shifting a byte value. class ByteShift { public static void main(String args[]) { byte a = 64, b; int i; i = a << 2; b = (byte) (a << 2); System.out.println("Original value of a: " + a); System.out.println("i and b: " + i + " " + b); } } 该程序产生的输出下所示： Original value of a: 64 i and b: 256 0 因变量a在赋值表达式中，故被扩大为int 型，64（0100 0000 ）被左移两次生成值256 （10000 0000 ）被赋给变量i。然而，经过左移后，变量b中惟一的1被移出，低位全部成了0，因此b的值也变成了0。 既然每次左移都可以使原来的操作数翻倍，程序员们经常使用这个办法来进行快速的2 的乘法。但是你要小心，如果你将1移进高阶位（31或63位），那么该值将变为负值。下面的程序说明了这一点： // Left shifting as a quick way to multiply by 2. class MultByTwo { public static void main(String args[]) { int i; int num = 0xFFFFFFE; for(i=0; i<4; i++) { num = num << 1; System.out.println(num); } } } 该程序的输出如下所示： 536870908 1073741816 2147483632 -32 初值经过仔细选择，以便在左移 4 位后，它会产生-32。正如你看到的，当1被移进31 位时，数字被解释为负值。 四 右移运算符 右移运算符>>使指定值的所有位都右移规定的次数。它的通用格式如下所示： value >> num 这里，num 指定要移位值value 移动的位数。也就是，右移运算符>>使指定值的所有位都右移num位。下面的程序片段将值32右移2次，将结果8赋给变量a: int a = 32; a = a >> 2; // a now contains 8 当值中的某些位被“移出”时，这些位的值将丢弃。例如，下面的程序片段将35右移2 次，它的2个低位被移出丢弃，也将结果8赋给变量a: int a = 35; a = a >> 2; // a still contains 8 用二进制表示该过程可以更清楚地看到程序的运行过程： 00100011 35 >> 2 00001000 8 将值每右移一次，就相当于将该值除以2并且舍弃了余数。你可以利用这个特点将一个整数进行快速的2的除法。当然，你一定要确保你不会将该数原有的任何一位移出。 右移时，被移走的最高位（最左边的位）由原来最高位的数字补充。例如，如果要移走的值为负数，每一次右移都在左边补1，如果要移走的值为正数，每一次右移都在左边补0，这叫做符号位扩展（保留符号位）（sign extension ），在进行右移操作时用来保持负数的符号。例如，–8 >> 1 是–4，用二进制表示如下： 11111000 –8 >>1 11111100 –4 一个要注意的有趣问题是，由于符号位扩展（保留符号位）每次都会在高位补1，因此-1右移的结果总是–1。有时你不希望在右移时保留符号。例如，下面的例子将一个byte 型的值转换为用十六 进制表示。注意右移后的值与0x0f进行按位与运算，这样可以舍弃任何的符号位扩展，以便得到的值可以作为定义数组的下标，从而得到对应数组元素代表的十六进制字符。 // Masking sign extension. class HexByte { static public void main(String args[]) { char hex[] = { '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', 'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f'' }; byte b = (byte) 0xf1; System.out.println("b = 0x" + hex[(b >> 4) & 0x0f] + hex[b & 0x0f]);}} 该程序的输出如下： b = 0xf1 五 无符号右移 正如上面刚刚看到的，每一次右移，>>运算符总是自动地用它的先前最高位的内容补它的最高位。这样做保留了原值的符号。但有时这并不是我们想要的。例如，如果你进行移位操作的运算数不是数字值，你就不希望进行符号位扩展（保留符号位）。当你处理像素值或图形时，这种情况是相当普遍的。在这种情况下，不管运算数的初值是什么，你希望移位后总是在高位（最左边）补0。这就是人们所说的无符号移动（unsigned shift ）。这时你可以使用Java 的无符号右移运算符>>> ，它总是在左边补0。 下面的程序段说明了无符号右移运算符>>> 。在本例中，变量a被赋值为-1，用二进制表示就是32位全是1。这个值然后被无符号右移24位，当然它忽略了符号位扩展，在它的左边总是补0。这样得到的值255被赋给变量a。 int a = -1; a = a >>> 24; 下面用二进制形式进一步说明该操作： 11111111 11111111 11111111 11111111 int型-1的二进制代码>>> 24 无符号右移24位00000000 00000000 00000000 11111111 int型255的二进制代码 由于无符号右移运算符>>> 只是对32位和64位的值有意义，所以它并不像你想象的那样有用。因为你要记住，在表达式中过小的值总是被自动扩大为int 型。这意味着符号位扩展和移动总是发生在32位而不是8位或16位。这样，对第7位以0开始的byte 型的值进行无符号移动是不可能的，因为在实际移动运算时，是对扩大后的32位值进行操作。下面的例子说明了这一点： // Unsigned shifting a byte value. class ByteUShift { static public void main(String args[]) { int b = 2; int c = 3; a |= 4; b >>= 1; c <<= 1; a ^= c; System.out.println("a = " + a); System.out.println("b = " + b); System.out.println("c = " + c); } } 该程序的输出如下所示： a = 3 b = 1 c = 6 还不清楚，移位运算有多大的用处，可是面试时经常会考。现在重温一下子。 原文地址：（http://www.ddvip.net/program/java/index1/28.htm）

Java对byte 的 + – * / >> >>> << & | ^ (加，减，乘，除，右移，左移，无符号右移，位与，位或，位异或)操作，均会是首先将byte转化为int， 再行运算。这一事实可能导致多种问题： 　　假设我们想进行如下byte运算： 1111 1000 右移1位，再与0000 0001 或运算，得 0111 1101。 　　直觉写程序如下： 　　byte b = 0xf8; 　　byte b2 =  b >> 1 | 0x01; 　　这个写法里有多重错误，现逐个纠正： 　　1 编译器报错，int无法直接自动转化为byte 　　为解决此问题，加强制转化。 　　b

Java位运算操作 左位移 右位移 与或非的操作

java2入门经典.part01 Java2入门经典 图书目录 译者序 序 前言 第一章：Java概述 什么是Java Java语言的特性 学习Java java程序 学习Java要走的路 ava环境 基于Java语言的面向对象程序设计 对象是什么 如何定义对象的类 对象的操作 Java程序语句 封装 类和数据类型 类和子类 使用对象的优点 Java程序结构 Java的类库 Java应用程序 Java和Unicode码 本章：小结 参考资源 第二章：程序、数据、变量和计算 数据和变量 变量的命名 变量名和Unicode码 变量和类型 整型数据类型 整型字面值 整型变量的声明 浮点数据类型 浮点字面值 浮点型变量的声明 固定变量的值 算术运算 整数运算 整数除法和余数 自增和自减运算符 短整型数计算 整数算术运算中的错误 浮点运算 混合数据类型的算术运算表达式 显式类型强制转换 赋值语句中的自动类型转换 op=运算符 数学函数和常量 字符的存储 字符转义序列 字符的算术运算 按位运算 使用AND和OR运算符 使用异或运算符 移位运算 按位运算的方法 有固定序列整型值的变量(枚举) 布尔型变量 运算符的优先级 程序注释 本章小结 ……

Java中位运算(移位、位与、或、异或、非） 的简单实例，需要的朋友可以参考一下

NULL 博文链接：https://hgxs-org.iteye.com/blog/1577920

Java运算符分类 Java运算符主要分为四类：算术运算符、关系运算符、逻辑运算符和位运算符，这些运算符...位运算符主要用于处理二进制数据，包括与、或、非、异或和移位等操作，它们可以实现对数据的快速处理和转换。

行业分析报告

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