【Java探索之旅】运算符解密 位运算，移位运算

📑前言

位运算符是Java中的重要运算符之一，用于对数据的二进制位进行操作。Java中的位运算符包括按位与（&）、按位或（|）、按位取反（~）和按位异或（^）。这些运算符可以帮助我们进行位级操作，对于某些特定的问题解决方案非常有用。本文将深入探讨Java中的位运算符的用法、规则以及注意事项，帮助读者更好地理解和应用这些运算符。

一、位运算符

java 中数据存储的最小单位是字节，而数据操作的最小单位是比特位. 字节是最小的存储单位，每个字节是由8个二进制比特位组成的，多个字节组合在一起可以表示各种不同的数据。

位运算符主要有四个: & | ~ ^ ，除 ~ 是一元运算符外，其余都是二元运算符。

位操作表示 按二进制位运算. 计算机中都是使用二进制来表示数据的(01构成的序列), 按位运算就是在按照二进制位的每一位依次进行计算。

1.1 按位与 &

按位与运算符(&)会对两个整数的每一位进行比较。只有当两个相应的位都是1时，结果中的该位才会是1，否则为0。这个操作常用于屏蔽某些位或检查特定位是否设置。

int a = 10;
int b = 20;
System.out.println(a & b);

进行按位运算, 需要先把 10 和 20 转成二进制, 分别为 1010 和 10100

1.2 按位或 |

如果两个二进制位都是 0, 则结果为 0, 否则结果为 1

int a = 10;
int b = 20;
System.out.println(a | b);

运算方式和按位于类似

注意:

当 & 和 | 的操作数为整数(int, short, long, byte) 的时候, 表示按位运算, 当操作数为 boolean 的时候, 表示逻辑运算。

1.3 按位取反 ~

如果该二进制位为 0 则转为 1, 如果该二进制位为 1 则转为 0

int a = 0xf;
System.out.printf("%x\n", ~a)
//fffffff0

注意:

• 0x 前缀的数字为 十六进制 数字. 十六进制可以看成是二进制的简化表示方式. 一个十六进制数字对应4个二进制位
• 0xf 表示 10 进制的 15, 也就是二进制的 1111
• printf 能够格式化输出内容, %x 表示按照十六进制输出
• \n 表示换行符

1.4 按位异或^

按位异或运算符(^)会对两个整数的每一位进行比较。如果两个相应的位相同（都是0或都是1），则结果中的该位为0；如果两个位不同，则结果为1。

int a = 0x1;
int b = 0x2;
System.out.printf("%x\n", a ^ b);

注意：如果两个数相同，则异或的结果为0

二、移位运算符

移位运算符有三个: << >> >>> ，都是二元运算符，且都是按照二进制比特位来运算的。

1.1 左移<<

最左侧位不要了, 最右侧补 0

int a = 0x10;
System.out.printf("%x\n", a << 1);
// 运行结果(注意, 是按十六进制打印的)
20

注意：向左移位时，丢弃的是符号位，因此正数左移可能会变成负数

1.2 右移>>

最右侧位不要了, 最左侧补符号位(正数补0, 负数补1)

int a = 0x10;
System.out.printf("%x\n", a >> 1);
// 运行结果(注意, 是按十六进制打印的)
8 in
t b = 0xffff0000;
System.out.printf("%x\n", b >> 1);
// 运行结果(注意, 是按十六进制打印的)
ffff8000

1.3 无符号右移>>>

最右侧位不要了, 最左侧补 0

int a = 0xffffffff;
System.out.printf("%x\n", a >>> 1);
// 运行结果(注意, 是按十六进制打印的)
7fffffff

注意:

1. 左移 1 位, 相当于原数字 * 2. 左移 N 位, 相当于原数字 * 2 的N次方.
2. 右移 1 位, 相当于原数字 / 2. 右移 N 位, 相当于原数字 / 2 的N次方.
3. 由于计算机计算移位效率高于计算乘除, 当某个代码正好乘除 2 的N次方的时候可以用移位运算代替.
4. 移动负数位或者移位位数过大都没有意义

🌤️全篇总结

本篇详细介绍了Java中的位运算符。位运算符包括按位与（&）、按位或（|）、按位取反（~）和按位异或（^），它们用于对数据的二进制位进行操作。通过位运算符，我们可以进行屏蔽位、检查位状态等处理，频繁出现在底层编程、位运算加密等场景中。在使用这些运算符时，需要理解它们的运算规则，注意正负数的影响以及运算符的优先级。通过合理运用这些运算符，能够提高代码的效率和性能，同时也解决一些特定问题。