一、位運(yùn)算的分類與展現(xiàn)效果
java位運(yùn)算可以分為左移和右移,其中右移還有無符號右移。
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java只對整型位移,可以分為int體系和long體系。int體系包括(byte, short, int, char),long體系只包含long。int體系中進(jìn)行位運(yùn)算時,除int類型外都會先轉(zhuǎn)換為int再進(jìn)行運(yùn)算。.
無符號右移指的是,向右移動時,左邊補(bǔ)位的是0。
一般來說,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
位運(yùn)算實際上是將數(shù)值對應(yīng)的二進(jìn)制進(jìn)行左右位移操作。java中數(shù)值的存儲、運(yùn)算是以補(bǔ)碼的形式進(jìn)行的。數(shù)值有三種存儲方式:原碼、反碼、補(bǔ)碼。
原碼的最高位為符號位(0為正數(shù),1為負(fù)數(shù)),其余位用于存儲數(shù)值,以8位整型為例,2對應(yīng):
0000 0010
-2對應(yīng):
1000 0010
??反碼和補(bǔ)碼的正數(shù)都與原碼相同。反碼的負(fù)數(shù)在原碼的基礎(chǔ)上進(jìn)行,除符號位外,其余按位取反。例如2的反碼為:
0000 0010(正數(shù)不變)
-2的反碼為:
1111 1101
補(bǔ)碼在反碼的基礎(chǔ)上進(jìn)行,反碼加1就變成補(bǔ)碼。
2:
0000 0010(正數(shù)不變)
-2為:
1111 1110
8位整型,反碼可以表示的范圍為:[-128,127]
-128的反碼表示為:
1000 0000
可以理解為:
1 1000 0000(原) => 1 0111 1111(反) => 1 1000 0000(補(bǔ)) => 1000 0000(補(bǔ))
(查看了一些解釋,-128的補(bǔ)碼規(guī)定為1000 0000,若不理解,可以先跳過。)
左移即是補(bǔ)碼向左移動,右邊空出的用0補(bǔ)位,右移就是向右動,左邊空出來的以符號位補(bǔ)位。(無符號右移,左邊空出來的以0補(bǔ)位)。下面以具體代碼舉例(int 為32位):
正數(shù):
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); // 實際:1
System.out.println(r2); // 實際:16
負(fù)數(shù):
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); // 實際:2147483646
System.out.println(r3); // 實際:-1
System.out.println(r4); // 實際:-16
rx記錄無符號右移結(jié)果,移動后左邊補(bǔ)位以0補(bǔ)滿,于是結(jié)果就變成了2147483646
三、邊界值測試
int類型的范圍為[-2147483648, 2147483647],下面對上下界分別進(jìn)行測試:
// 邊界值測試:
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);// 實際:5_3687_0911
int r6 = max << 2; // 1111_1111_1111_1111_1111_1111_1111_1100 (補(bǔ)碼形式 ) = -4
System.out.println(r6);// 實際:-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); // 實際:0
根據(jù)位運(yùn)算原理,在邊界測試的結(jié)果并不一定是乘以2n或者除以2n。對邊界值進(jìn)行位運(yùn)算時,需要注意。
到此這篇關(guān)于Java基礎(chǔ)之位運(yùn)算知識總結(jié)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java位運(yùn)算內(nèi)容,請搜索W3Cschool以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章,也希望大家以后多多支持W3Cschool編程獅!