java中位运算和移位运算详解

1、前言

Java中的原码、补码与反码是进行位操作及类型转换时十分重要的知识点，因此这里简单做一点总结。

1.1 Java中原码、补码与反码

1.1.1 原码

原码比较好理解，也就是该数字不进行其他操作时数字最原始的二进制表示，在Java中我们有熟悉的byte,short,int,long的整数型基本数据类型以及float,double的浮点型基本数据类型。
在Java中，对于整数而言，其原码格式为最高位为符号位，该位上1表示负数而0表示正数，剩余位数为该数字的二进制表示。在这里我们简单用int型的整数5及-5看下例子：
5的原码：00000000 00000000 00000000 00000101
-5的原码: 10000000 00000000 00000000 00000101
因此，对于原码来说，绝对值相等的正数和负数只有符号位不同。

1.1.2 反码

从反码开始略有些复杂了，正数的原码即为其反码，对于负数而言只需要将原码除符号位以外的位数取反（如果为0改为1，如果为1改为0），便得到了当前负数的反码。
我们依旧拿数字5举例：
5的反码： 00000000 00000000 00000000 00000101
-5的反码：11111111 11111111 11111111 11111010

1.1.3 补码

明白了反码的规则，补码的表示方法就很简单了，正数的原码即为其补码，负数的补码是上面取得的反码加1。
5的补码： 00000000 00000000 00000000 00000101
-5的补码：11111111 11111111 11111111 11111011

同时注意：Java中所有基本数据类型均使用该数字的补码进行表示，所以在Java中测试5与-5的输出我们能看到这样的结果：

    int i = 5;
    int j = -5;
    System.out.println(Integer.toBinaryString(i));
    //101  之前的29位全0被忽略了

    System.out.println(Integer.toBinaryString(j));
    //11111111111111111111111111111011

总结

正数：原码、反码、补码相同。
负数：反码符号位不变化，其余位数取反,补码即为反码+1。

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2、位运算和移位运算

2.1 位运算

2.1.1 按 位 与 &

如果两个相应的二进制形式的对应的位数都为1，则结果为1，记为同1为1，否则为0。首先我们看一下对正数的运算

分别看一下正数和负数的具体运算步骤

正数直接取二进制运算，负数取反加一得补码再运算，得到的结果符号位为0，不需要做任何操作直接给出结果，后面会讲到如果结果为负数的情况

2.1.2 按位或 |

有1为1，否则为0


分别看一下正数和负数的具体运算步骤


讲一下负数求反和补码的直接给结果，当运算结果符号位是1为负数，那就需要进行减1操作，再按位取反，这个时候得到的才是正确的结果

2.1.3 异或 ^

相同为0，不同为1

2.2 移位运算

2.2.1 左 移 （<< ）

右边空出的位用0填补高位左移溢出则舍弃该高位。计算机中常用补码表示数据，注，用补码计算

2.2.2 右 移 （>> ）

左边空出的位用0或者1填补。正数用0填补，负数用1填补。注：不同的环境填补方式可能不同；低位右移溢出则舍弃该位。

2.2.3 无 符 号 右 移 （>>> ）

无符号右移：正数与右移规则一样，负数的无符号右移，就是相应的补码移位所得，在高位补0即可