第05部分:位运算符和位移运算符

位运算符和位移运算符是底层运算符,处理组成整数的单个位。其实在 Java 程序里很少使用位运算符,除非处理底层操作(例如网络编程)。这两种运算符用于测试和设定整数中的单个标志位。若想理解这些运算符的行为,必须先理解二进制数以及用于表示负整数的二进制补码方式。

这些运算符的操作数不能是浮点数、布尔值、数组或对象。如果操作数是布尔值,&、| 和^ 运算符执行的是其他运算,在逻辑运算符中说到过。

如果位运算符的操作数中有一个是 long 类型,结果就是 long 类型。除此之外,结果都是int 类型。如果位移运算符左边的操作数是 long 类型,结果为 long 类型;否则,结果是int 类型。位运算符和位移运算符如下。

按位补码(~)

位与(&)

位或(|)

位异或(^)

左移(<<)

带符号右移(>>)

不带符号右移(>>>)

下面分别进行说明。




按位补码(~)

一元运算符 ~ 是按位补码运算符,或叫位或运算符。它把单个操作数的每一位反相,1变成 0,0 变成 1。例如:

byte a = 12;   //byte是八位,12的二进制写法是  00001100

byte b = ~a;   // ~00001100 即 11110011或十进制243,byte类型范围上溢出,结果为-13

a&~1  //表示一个数的最低位一定为0(&下面讲)

//~1的值为1111111111111110,再按“与”运算,最低位一定为0。因为“~”运算符的优先级比算术运算符、关系运算符、逻辑运算符和其他运算符都高。



位与(&)

这个运算符在两个整数操作数的每一位上执行逻辑与运算,合并这两个操作数。只有两个操作数的同一位都为 1 时,结果中对应的位才是 1。例如:

10 & 7    // 00001010 & 00000111 ==> 00000010

前面已经说过,如果操作数是布尔值,& 是不常使用的逻辑与运算符。


“与运算”的特殊用途:

(1)  清零。如果想将一个单元清零,即使其全部二进制位为0,只要与一个各位都为零的数值相与,结果为零。

(2)  取一个数中指定位

方法:找一个数,对应X要取的位,该数的对应位为1,其余位为零,此数与X进行“与运算”可以得到X中的指定位。

例:设X=10101110,

    取X的低4位,用 X & 0000 1111 = 0000 1110 即可得到;

    还可用来取X的2、4、6位。




位或(|)

这个运算符在两个整数操作数的每一位上执行逻辑或运算,合并这两个操作数。如果两个操作数的同一位中有一个或两个都是 1,结果中对应的位是 1;如果两个操作数的同一位都是 0,结果中对应的位是 0。例如:

10 | 7      // 00001010 | 00000111 ==> 00001111或15

前面已经说过,如果操作数是布尔值,| 是不常使用的逻辑或运算符。

“或运算”特殊作用:

(1)  常用来对一个数据的某些位置1。

方法:找到一个数,对应X要置1的位,该数的对应位为1,其余位为零。此数与X相或可使X中的某些位置1。

例:将X=10100000的低4位置1 ,用 X | 0000 1111 = 1010 1111即可得到。



位异或(^)

这个运算符在两个整数操作数的每一位上执行逻辑异或运算,合并这两个操作数。如果两个操作数的同一位值不同,结果中对应的位是 1;如果两个操作数的同一位都是 1 或都是 0,结果中对应的位是 0。例如:

10 ^ 7     // 00001010 ^ 00000111 ==> 00001101或13

如果操作数是布尔值,^ 是很少使用的逻辑异或运算符。




左移(<<)

<< 运算符把左侧操作数的每一位向左移动右侧操作数指定的位数。左侧操作数的高位被丢掉,右边缺少的位补零。整数向左移 n 位,相当于乘于 2的n次方。例如:如果左侧操作数是 long 类型,右侧操作数应该介于 0 和 63 之间。

10 << 1    // 00001010 << 1 = 00010100 = 20 = 10*2

7 << 3    // 00000111 << 3 = 00111000 = 56 = 7*8

-1 << 2    // 0xFFFFFFFF << 2 = 0xFFFFFFFC = -4 = -1*4

如果左侧操作数是 int 类型,右侧操作数应该介于 0 和 31 之间。



带符号右移(>>)

>> 运算符把左侧操作数的每一位向右移动右侧操作数指定的位数。左侧操作符的低位被移除,移入的高位和原来的最高位一样。也就是说,如果左侧操作数是正数,移入的高位是 0;如果左侧操作数是负数,移入的高位是 1。这种技术叫高位补符号,作用是保留左侧操作数的符号。例如:

10 >> 1    // 00001010 >> 1 = 00000101 = 5 = 10/2

27 >> 3    // 00011011 >> 3 = 00000011 = 3 = 27/8

-50 >> 2    // 11001110 >> 2 = 11110011 = -13 != -50/4

如果左侧操作数是正数,右侧操作数是 n,>> 运算符的计算结果相当于整数除以 2的n次方。



不带符号右移(>>>)

这个运算符和 >> 类似,但是不管左侧操作数的符号是什么,高位总是移入 0。这种技术叫高位补零。左侧操作数是无符号的数字时才适用这个运算符(可是 Java 的整数类型都带符号)。下面是一些例子:

0xff >>> 4     // 11111111 >>> 4 = 00001111 = 15 = 255/16

-50 >>> 2     // 0xFFFFFFCE >>> 2 = 0x3FFFFFF3 = 1073741811

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