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java移位符浅析

Java

java移位符初步使用与简单理解 概述

java移位符主要包括3种:

运算符 名称
>> 左移运算符
<< 有符号右移运算符
<<< 无符号右移运算符

这里我们先附上代码运行实例,原理将在后面以解析下面代码的方式进行讲解:

public class BitOperatorTest {
    public static void main(String[] args){
        System.out.println(1 << 4);
        System.out.println(-1 << 3);
        System.out.println(8 >> 3);
        System.out.println(-8 >> 3);
        System.out.println(-8 >>> 3);
    }
}

结果如下:

16
-8
1
-1
536870911

    首先我们需要清楚在计算机系统中,数值一般用补码来表示,主要原因是因为使用补码可以使符号位和其他位统一处理,我们需要将上面的数值都转化为补码。

左移运算符 1 << 4

    首先我们将1化为源码:0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 (因为其是int类型,所以化为二进制有32位)
    正数的补码和反码等于源码的本身。所以补码也为上述二进制代码。
左移运算符是将操作数的二进制码整理左移指定位数,左移后右面空出的位用0来补充。
左移4位 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1*2^0=1
     <font color=red>0000</font> 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 <font color=blue>0000</font> (红色被移除截断,蓝色是新补的0) 1*2^4=16

-1 << 3

    我们开始第二个输出语句,这是一个负数。负数的反码是他的源码符号位不变,其余按位取反。补码是他的反码加一。
所以我们可以得到-1的源码为1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 -1*2^0=-1
          反码为1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110
          补码为1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
   对补码进行操作得<font color=red>111</font> 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1<font color=blue>000</font> (红色被移除截断,蓝色是新补的0)
 将结果数转化为源码得1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 -1*2^3=-8

总结

 所以通过上面对左移运算符的简单使用不难发现,我们可以将其简便理解为移动几位,就是为操作数乘以2的几次方。

右移运算符

 左移运算符不牵扯符号位的增补符号位,所以没有有无符号分类

有符号右移运算符 8 >> 3

 根据上面流程,我这里直接就简化为
   源码为:0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 1*2^3=8
   反码为:0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000
   补码为:0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000
 运算后结果:<font color=blue>000</font>0 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 <font color=red>000</font> 1*2^0=1(红色被移除截断,蓝色是新补的符号位,并且以原来的符号位填补)

-8 >> 3

 根据上面流程,我这里直接就简化为
   源码为:1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 -1*2^3=8
   反码为:1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0111
   补码为:1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000
 运算后结果:<font color=blue>111</font>1 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 <font color=red>000</font> (红色被移除截断,蓝色是新补的符号位,并且以原来的符号位填补)
转换为源码为:1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 -1*2^0=-1

总结

 同左移运算符一样,总结规律后可得出,右移运算符移动几位则是对操作数除以2的多少次方。

无符号右移运算符 -8 >>> 3

 根据上面流程,我这里直接就简化为
   源码为:1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 -1*2^3=8
   反码为:1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0111
   补码为:1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000
 运算后结果:<font color=yellow>000</font>1 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 <font color=red>000</font> (红色被移除截断,注意黄色部分,在无符号右移运算位中统一补0)
 此时数值将会非常大,所以得到程序中的结果。

补充

 如果操作类型低于int类型,比如byte,char等,先将其转化为int类型在进行移位。
 对于int类型的移位,如果移动位数超过32位,则让位数对32取余,然后进行运行,即a>>33 == a>>1 a>>32 ==a
 同样如果对于long类型的移位,移动位数超过64,则也需要对移动位数进行处理。

代码补充

对于补充内容的代码不进行详解,代码及运算结果如下,基本流程与上面类似,
代码:

public class BitOperatorTest {
    public static void main(String[] args){
        System.out.println((char)4 << 4);
        System.out.println(4 << 4);
        System.out.println(4 << 36);
        System.out.println((long)1214 >> 66);
        System.out.println((long)1214 >> 2);
    }
}

 运行结果:

64
64
64
303
303
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