Java的运算符--与（&）、非（~）、或（|）、异或（^）详解

一、计算机中存储的都是补码

java也是如此：

System.out.println(Integer.toBinaryString(2));
System.out.println(Integer.toBinaryString(-2));

运行结果：

10
11111111111111111111111111111110

由于整数默认int型，32位。正数的补码和原码都一样，高位的0默认不打印。因此是10。
-2

原码：1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0010
反码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1101 (在源码基础上符号位不变，其余位取反)
补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 (反码+1)
从上面的结论来看，java二进制数据是以补码来存储的。

二、运算也是在反码的基础上进行运算的

1. ~ 按位非(NOT)操作。每位取反。即原来是0的变成1，原来是1的变成0。

System.out.println(~ (-2)); //结果为1

分析：

step1 -> -2原码：1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0010
step2 -> -2反码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1101
step3 -> -2补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110
step4 -> 对-2的补码进行取反即可得到~(-2)的补码
step5 -> ~(-2)补码：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001
step6 -> 由于符号位为0表示正数，因此补码和源码一样。转换为十进制就是1

2. & 按位与(AND)操作。1和1为1，1和0为0，0和0为0。

System.out.println(-3 & 2); //结果为0

分析：

step1 -> -3的原码：1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011
step2 -> -3的反码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1100
step3 -> -3的补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1101
step4 -> 2的补码：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0010
step5 -> step3和step4进行与运算即可得-3&2的补码，结果是正数，补码和原码相同。
step6 -> -3&2补码: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
step7 -> 转换为十进制就为0

3. | 按位或(OR)操作。1和1为1，1和0为1，0和0为0。

System.out.println(-3 | 2); //结果为-1

分析：

step1 -> -3的补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1101
step2 -> 2的补码：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0010
step3 -> step1和step2进行或运算即可得到-3|2的补码
step4 -> -3|2补码: 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
step5 -> 由于结果是在补码的基础上运算得来个，最高位为1表示负数，负数的补码和原码不相同，因此需要将补码转换为原码。
step6 -> -3|2反码: 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110(反码到补码是反码+1，因此补码到反码是补码-1)
step7 -> -3|2原码: 1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001(符号位不变，反码取反)
step7 -> 将step7的二进制转换为十进制，即为-1

4. ^ 按位异或(XOR)操作。不同为1，相同为0。1和1为0，1和0为1，0和0为0。

System.out.println(-3 ^ 2); //结果为-1

分析：

step1 -> -3的补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1101
step2 ->  2的补码：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0010
step3 ->  step1和step2做异或运算得到补码
step4 -> -3^2补码: 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
step5 -> 由于结果是负数，因此需要将运算得补码转换为原码。
step6 -> -3^2反码: 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110(补码-1)
step7 -> -3^2原码: 1000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0001(符号位不变，反码取反)
step8 -> 将step7的二进制原码转换为十进制数，结果为-1

5. >> 右移位操作(var >> bit)。指定值所有位向右移动指定位数。低位舍弃，高位按符号位填充。没有溢出的情况下，相当于除以2的n次方。

System.out.println(-3 >> 3); //结果为-1

分析：

step1 -> -3的补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1101
step2 ->  右移3位
step3 ->  右移后补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
step4 -> 高位为负数因此，高位补1，低位舍弃。负数要转换为原码
step5 ->  右移后反码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110(补码-1)
step6 -> 右移后原码：1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001(符号位不变，反码取反)
step7 -> step6转换为十进制值为-1

6. >>> 无符号右移位操作(var >>> bit)。指定值所有位向右移动指定位数。低位舍弃，高位补0。

System.out.println(-3 >>> 3); //结果为536870911

分析：

step1 -> -3的补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1101
step2 -> 无符号右移3位，高位补0,低位舍弃。
step3 -> 右移后补码：0001 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
step4 -> 正数的补码和原码一样。结果为536870911

7. << 左移位操作(var << bit)。指定值所有位向左移动指定位数。低位补0，高位保留符号位。没有溢出的情况下，相当于乘以2的n次方。

System.out.println(-3 << 3); //结果为-24

分析：

step1 -> -3的补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1101
step2 -> 左移3位，高位不变。低位补0
step3 -> 右移后补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 1000
step4 -> 右移后反码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 0111
step5 -> 右移后原码：1000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1000
step6 -> 将step5转换为十进制即为-24