java基础篇 之 位运算符

按位操作符

​ 按位操作符用来操作基本数据类型中的单个“比特”（bit），即二进制位。按位操作符会对两个参数中对应的位执行布尔代数运算，并最终生成一个结果。

​ 我们常用的按位操作符有以下几种：

• &：与，如果参加运算的两个输入位都是1，则结果为1，否则生成一个输出位0

• |：或，只要有一个输入位为1，则结果为1。换言之，只有两个输入位为0，结果才为0

• ~：非，非运算符为一元运算符，只对一个操作符操作，也叫取反运算符

• ^：异或，只有参加运算的两个输入数相反时，才会输出1

  我们做以下实验：

  public class Main {
      public static void main(String[] args) {
          int a = 16;
          int b = 15;
          String binaryStringA = Integer.toBinaryString(a);
          String binaryStringB = Integer.toBinaryString(b);
          // 填充到32位
          String a32 = StringUtils.leftPad(binaryStringA, 32,"0");
          String b32 = StringUtils.leftPad(binaryStringB, 32,"0");
          System.out.println(a+"的二进制为："+a32);
          System.out.println(b+"的二进制为："+b32);
          System.out.println("a&b="+(a&b));
      }
  }
  

  输出如下：

16的二进制为：00000000000000000000000000010000

15的二进制为：00000000000000000000000000001111

a&b=0

**解释**：这里因为操作数都是int,所以我将其都填充到32，这样更直观，我们可以看到，转换成二进制后，16，15每个bit上的值都是不一样的，所以最终的运算结果为0

​	上面我们测试了两个int类型的与操作，不知道大家有没有疑惑，如果参加运算的两个输入数类型不一致会怎么样呢？比如一个为int,另外一个为long呢？

​	我们来测试下：

```java

​ 结果如下：

我们可以得出结论：

当数据类型不一致时，会自动将低级的数据类型往高级转，在我们上面的例子中，很明显，a被转成了long类型。

我们也可以对编译生成的class文件进行反编译，可以看到如下的代码：

public class Main {
    public Main() {
    }

    public static void main(String[] args) {
        int a = 16;
        long b = 9223372036854775807L;
        String binaryStringA = Integer.toBinaryString(a);
        String binaryStringB = Long.toBinaryString(b);
        String a32 = StringUtils.leftPad(binaryStringA, 32, "0");
        String b32 = StringUtils.leftPad(binaryStringB, 64, "0");
        System.out.println(a + "的二进制为：" + a32);
        System.out.println(b + "的二进制为：" + b32);
        System.out.println("a&b=" + ((long)a & b));
    }
}

可以看到(long)a & b，在这里编译器自动进行了转换。

或跟异或在这里就不多赘述了，跟与操作差不多。

需要注意的是，非运算符，这是一个一元运算符，也就是说参与运算的只能有一个输入数，所以对于与，或，非，我们可以与赋值运算符“=”一起使用，但是非不行。比如我们可以写成a&=b或者a|=b，但是非是不行的。另外对于布尔类型，不能执行非操作

移位操作符

​ 移位操作符操作的运算对象也是二进制的bit位。移位运算符只能用来处理整数类型（基本类型的一种）。左移运算符（<<）能按照操作符右侧指定的位数将操作符左边的数字向左移动（低位自动补0），对于右移这一操作，分为无符号右移（>>>）跟有符号右移（>>）,所谓有符号右移是指，在进行运算时，如果原操作符的符号为正，则在高位补0，若为负，则在高位补1。而无符号右移，代表了不论正负，都会在高位补0。

​ 如果对char,byte,short类型的数值进行移位处理，那么在进行操作之前他们会被转成int类型，并且得到的结果也是一个int类型的值。到这里不知道大家会不会有一个疑惑，如果会被转成int类型的话，我们知道int类型的长度为32位（其中一位为符号位），那么如果移位的位数超过32怎么办呢？我们以a>>>n这个表达式为例，n代表移位的位数，实际上更准确的讲，移位的位数=n%32，即n除以32取余。

​ 测试代码如下：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 32%32=0,所以结果还是8
        System.out.println("8>>32=" + (8 >> 32));
        // 33%32=1,所以相当于右移一位，其实右移一位，就是除以2，左移一位就是乘以2
        // 以此类推，右移n位，相当于除以2的n次方
        // 左移n位，相当于乘以2的n次方（在数字没有溢出的前提下结论才成立）
        // 这个结论大家可以用画图的方式自己推导下
        System.out.println("8>>33=" + (8 >> 33));
    }
}

移位操作符与“=”赋值运算符配合使用

在这里我们讨论下<<=,>>=,>>>=这几个运算符。

​ 主要讨论下面这种情况：我们知道对char,byte,short类型的数据进行移位运算时，会将其转换为int类型，那么在这种情况下，对一个byte类型的数据使用>>=,或者>>>=，会怎么样呢？主要就是讨论，如果运算后的结果超过了byte类型的上限怎么办呢？（这里只是以byte为例，对于其他两种类型也是一样的）

​ 测试代码：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        byte b = -1;
        System.out.println(Integer.toBinaryString(b));
        b >>>= 10;
        System.out.println(Integer.toBinaryString(b));
        System.out.println(Integer.toBinaryString(b>>>10));
    }
}

​ 结果如下：

11111111111111111111111111111111
11111111111111111111111111111111
(0000000000)1111111111111111111111

​ 这是因为，在运算过程中，byte类型会先转成int类型，但是当被赋值到一个byte上时，会被截断。在这种情况下就出现了这种诡异的情况(括号中的0是我手动补的)

​ 补充知识：

在计算机中，负数以原码的补码形式表达。
什么叫补码呢？这得从原码，反码说起。

原码：一个正数，按照绝对值大小转换成的二进制数；一个负数按照绝对值大小转换成的二进制数，然后最高位补1，称为原码。
比如 00000000 00000000 00000000 00000101 是 5的 原码；10000000 00000000 00000000 00000101 是 -5的 原码。 　

反码：正数的反码与原码相同，负数的反码为对该数的原码除符号位外各位取反。
取反操作指：原为1，得0；原为0，得1。（1变0; 0变1）
比如：正数00000000 00000000 00000000 00000101 的反码还是 00000000 00000000 00000000 00000101 ；
负数10000000 00000000 00000000 00000101每一位取反（除符号位），得11111111 11111111 11111111 11111010。
称：10000000 00000000 00000000 00000101 和 11111111 11111111 11111111 11111010互为反码。 　

补码：正数的补码与原码相同，负数的补码为对该数的原码除符号位外各位取反，然后在最后一位加1.
比如：10000000 00000000 00000000 00000101 的反码是：11111111 11111111 11111111 11111010。
那么，补码为：
11111111 11111111 11111111 11111010 + 1 = 11111111 11111111 11111111 11111011
所以，-5 在计算机中表达为：11111111 11111111 11111111 11111011