你真的了解Java中的位操作？

位操作谜题

下面这行代码会输出什么？

byte b = -1;
System.out.println(b & 0xff);

一个byte占8位，再和8位都为1的0xff与操作，那么结果应该是它本身才对，可是运行上面的代码输出却是255。 要想读懂上面的代码，首先我们要弄清楚以下几个问题。

Java如何编码正数和负数？

在Java中数值类型的首位(bit)表示符号位，0表示正数，1表示负数。但是需要注意的是，由于Java采用”2的补码“(Two's Complement)编码负数，所以如果把负数的首位改成0，修改后的值和其绝对值并不相等，所以处理负数时要格外小心。

位操作符(Bitwise Operators)的操作数类型是什么？

Java语言规范2中明确指出位操作符(Bitwise Operators)只作用于integer类型（其实也可以作用于long类型）。所以如果操作数是byte/short类型，则在位操作之前会被转换成integer类型。详情请参考Java 语言规范 5.6.2. Binary Numeric Promotion。

0xff返回的类型是什么？

0xff返回的是32位integer类型。在Java中integer类型（例如1）有三种表示方式：十进制(1)、八进制(01)和十六进制(0x01)。

byte类型如何被转换成integer类型？

在Java中窄类型向宽类型转换时需要进行符号位扩展，如果该byte是负数则左边要补齐相应个数1，如果是正数则要补齐相应个数0.

我们再回头看上面的代码：

b & 0xff

在&操作之前，b被转换成integer类型，左边用符号位1补齐：

11111111 11111111 11111111 11111111

0xff是integer字面量，二进制值为：

00000000 00000000 00000000 11111111

执行&操作，结果为：

00000000 00000000 00000000 11111111

返回结果是integer类型，符号位是0，所以是一个正数，值为255。

下面是一个更复杂的例子，功能是将长度为4的byte数组转换成integer类型：

public class BytesArrayToInt {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(byteArrayToInt(new byte[]{0x01, 0x01, 0x01, 0x01}));
    }

    public static int byteArrayToInt(byte[] b) {
        if (b.length == 4) {
            return b[0] << 24 | (b[1] & 0xff) << 16 | (b[2] & 0xff) << 8 | (b[3] & 0xff);
        } else {
            throw new InvalidParameterException("The bytes array length must be 4.");
        }
    }
}

参考

• 1(http://www.ruanyifeng.com/blog/2009/08/twos_complement.html)
• 2(http://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se8/html/jls-15.html#jls-15.22.1)
• 3(http://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se8/html/jls-5.html#jls-5.6.2)
• 4(http://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se8/html/jls-5.html#jls-5.1.2)
• 5(https://cloud.tencent.com/developer/article/1127843)