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Java中的移位操作以及基本数据类型转换成字节数组【收集】

2010-04-10 15:12 996 查看
JAVA中位运算符包括:
&
|
~
^
<<
>>
>>>
一、
首先要搞清楚参与运算的数的位数:
(
联想:java的8种基本类型:byte,short, char, int, long,float,double,boolean.
在内存中固定长度(字节):1 2 2 4 8 4 8 true/false
这些固定类型的长度与具体的软硬件环境无关。这一点与C++不同,Java中的char类型用Unicode码储存

与此对应的,java提供了8种包装类型:
Byte,Short,Character,Integer,Long,Float,Double,Boolean.
它们之间的相互转换:例如:
double a=1;
//把double基本类型转换为Double包装类型
Double b=new Double(a);
//把Double包装类型转换为double基本类型
a=b.doubleValue();
)

所以int的是32位。long的是64位。

如int i = 1;
i的二进制原码表示为:
00000000000000000000000000000001

long l = 1;
l的二进制原码表示为:
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001

二、
原码——符号位为0表示正数,为1表示负数;
其余各位等同于真值的绝对值。
如:0000000000000010B=2,1000000000000010B=-2
反码——符号位的用法及正数的表示与“原码”一样;
负数的表示是在“原码”表示的基础上通过将符号位以外
的各位取反来获得的。
如:0000000000000010B=2,1111111111111101B=-2
补码——符号位的用法及正数的表示与“原码”一样;
负数的表示是在“反码”的基础上通过加1来获得的。
如:00000010B=2,11111110B=-2

如int i = -1;
10000000000000000000000000000001,最高位是符号位。正数为0,负数为1。
符号位不变,其他位逐位取反后:
11111111111111111111111111111110,即反码。
反码加1:
11111111111111111111111111111111,即补码。
==================================================================
注意:负数都是用补码参与运算的。得到的也是补码,需要减1取反获得原码。
千万要理解这句话!!!
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三、
常用的位运算符0在位运算中是比较特殊的。
 
& 与。 全1为1, 有0为0。  任何数与0与都等于0。  
| 或。 有1为1, 全0为0。  任何数与0或都等于原值。
~ 非。 逐位取反
^ 异或。 相同为0,相异为1。 任何数与0异或都等于原值。

对于int类型数据来说:
1.<<
逻辑左移,右边补0,符号位就是被移动到的位.
正数:
x<<1一般相当于2x,但是可能溢出.
若x在这个范围中: 2的30次方~(2的31次方-1) 二进制表示 0100...0000到0111...1111,<<后最高为变为1了,变成负数了.
负数:
x<<1一般也相当于2x,也有可能溢出.
若x在这个范围中: -2的31次方~-(2的30次方+1)二进制表示1000...0000到1011...1111,<<后最高为变成0了,变成正数了.

2.>>
算术右移,和上面的不对应,为正数时左边补0,为负数时左边补1.
x>>1,相当于x/2,余数被舍弃,因为这个是缩小,所以不会溢出.
不过有一点要注意: -1右移多少位都是-1.(这个道理很简单嘛,呵呵)
另外舍弃的余数是正的:
3>>1=1 舍弃的余数是1.
-3>>1=-2 舍弃的余数也是1,而不是-1.
对于正数 x>>1和x/2相等
对于负数 x>>1和x/2不一定相等.

3.>>>
逻辑右移,这个才是和<<对应的
这个把符号位一起移动,左边补0
对于正数,>>>和>>是一样的
对于负数,右移之后就变成正数了.

可以使用Integer.toBinaryString(int i)来看01比特,更加直观.

四、
负数参与的运算,得到的是补码,负数得到原码的方法:
  方法一:将补码先减1,再逐位取反,得到原码。即为运算结果。
  方法二:将补码先逐位取反,再加1,得到原码。即为运算结果。
0例外,如果得到的是0,则不需这两种方法,即得到的原码位0。
另外,两个正数运算后得到的就是原码,不需要再用求原码方法。

举例:
-1^1,
-1
10000000000000000000000000000001--原码
11111111111111111111111111111110--反码
11111111111111111111111111111111--补码
1
00000000000000000000000000000001--原码

则-1^1等于
11111111111111111111111111111111^
00000000000000000000000000000001=
11111111111111111111111111111110--补码
11111111111111111111111111111101--反码
10000000000000000000000000000010--原码==-2
即-1^1=-2

举例:
-2^1
-2
10000000000000000000000000000010--原码
11111111111111111111111111111101--反码
11111111111111111111111111111110--补码
1
00000000000000000000000000000001--原码
则-2^-1等于
11111111111111111111111111111110^
00000000000000000000000000000001=
11111111111111111111111111111111--补码
11111111111111111111111111111110--反码
10000000000000000000000000000001--原码==-1

下面的是cooltigerzsh(阿波罗) 于 2005-2-4 15:16:07对(<<、>>、 >>>)的一翻讲解:

移位运算符面向的运算对象也是二进制的“位”。可单独用它们处理整数类型(主类型的一种)。
左移位运算符(<<)能将运算符左边的运算对象向左移动运算符右侧指定的位数(在低位补0)。
“有符号”右移位运算符(>>)则将运算符左边的运算对象向右移动运算符右侧指定的位数。
“有符号”右移位运算符使用了“符号扩展”:若值为正,则在高位插入0;若值为负,则在高位插入1。
Java也添加了一种“无符号”右移位运算符(>>>),它使用了“零扩展”:无论正负,都在高位插入0。
这一运算符是C或C 没有的。若对char,byte或者short进行移位处理,那么在移位进行之前,它们会自动转换成一个int。
只有右侧的5个低位才会用到。这样可防止我们在一个int数里移动不切实际的位数。
若对一个long值进行处理,最后得到的结果也是long。此时只会用到右侧的6个低位,防止移动超过long值里现成的位数。
但在进行“无符号”右移位时,也可能遇到一个问题。若对byte或short值进行右移位运算,
得到的可能不是正确的结果(Java 1.0和Java 1.1特别突出)。它们会自动转换成int类型,并进行右移位。
但“零扩展”不会发生,所以在那些情况下会得到-1的结果。

如:
public class URShift {
public static void main(String[] args) {
int i = -1;
i >>>= 10;
System.out.println(i);
long l = -1;
l >>>= 10;
System.out.println(l);
short s = -1;
s >>>= 10;
System.out.println(s);
byte b = -1;
b >>>= 10;
System.out.println(b);
}
}
输出结果:
4194303
18014398509481983
-1
-1

===============================================================================
还有一点不得不提,也是非常隐含的一点,那就是我在Einstein的BLOG上找到的,他说是SCJP上的题,
摘录他的文章如下:

SCJP里的题还真是"噶"呀,很多都是让人想不到的问题,有点意思.哈哈,今天最后一个,之后趴趴,太晚了,
明天还是去沈阳卖数码相机呢(兴奋ing...)

下面代码:
class test002
{
public static void main(String[] agrs)
{
int i=-1;
int j=i>>>32;
System.out.println(j);
}
}
按照我的理解应该输出:0,因为JAVA的INT类型是占4字节的,也就是说占32位,当右移了32位的时候所有的位应该都变成0,但输出结果确是:-1,
想了很久没想明白就上网发了个帖子问了一下,非常感谢coffer283和danieljill()两位朋友.
原来在JAVA进行移位运算中因为int是占32位,进行移位的数是32的模,所以当i>>>32的时候就等于i>>>0,相当于没有进行移位.
我又试了试long类型的移位,long占8字节也就是64位,所以移位的数是64的模.
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上面是他的问题,给了我不少的启发,对Java的移位运算有了跟深一层的理解。
同时我也对byte,short类型的移位周期做了实验,也是32,跟int类型的相同,从而也验证了byte、short进行右移位运算,会自动转换成int类型,我并验证了<<、>>、>>>这3个移位运算符都遵循移位周期。
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前段时间用到,拿出来和大家分享!

// 整数到字节数组转换




public static byte[] int2bytes(int n)

{


byte[] ab = new byte[4];


ab[0] = (byte) (0xff & n);


ab[1] = (byte) ((0xff00 & n) >> 8);


ab[2] = (byte) ((0xff0000 & n) >> 16);


ab[3] = (byte) ((0xff000000 & n) >> 24);


return ab;


}




// 字节数组到整数的转换




public static int bytes2int(byte b[])

{


int s = 0;


s = ((((b[0] & 0xff) << 8 | (b[1] & 0xff)) << 8) | (b[2] & 0xff)) << 8


| (b[3] & 0xff);


return s;


}




// 字节转换到字符




public static char byte2char(byte b)

{


return (char) b;


}




private final static byte[] hex = "0123456789ABCDEF".getBytes();






private static int parse(char c)

{


if (c >= 'a')


return (c - 'a' + 10) & 0x0f;


if (c >= 'A')


return (c - 'A' + 10) & 0x0f;


return (c - '0') & 0x0f;


}




// 从字节数组到十六进制字符串转换




public static String Bytes2HexString(byte[] b)

{


byte[] buff = new byte[2 * b.length];




for (int i = 0; i < b.length; i++)

{


buff[2 * i] = hex[(b[i] >> 4) & 0x0f];


buff[2 * i + 1] = hex[b[i] & 0x0f];


}


return new String(buff);


}




// 从十六进制字符串到字节数组转换




public static byte[] HexString2Bytes(String hexstr)

{


byte[] b = new byte[hexstr.length() / 2];


int j = 0;




for (int i = 0; i < b.length; i++)

{


char c0 = hexstr.charAt(j++);


char c1 = hexstr.charAt(j++);


b[i] = (byte) ((parse(c0) << 4) | parse(c1));


}


return b;


}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

package com.test;

import java.nio.ByteBuffer;

public class ByteUtil {

/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
short s = -20;
byte[] b = new byte[2];
putShort(b, s, 0);
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(2);
buf.put(b);
buf.flip();
System.out.println(getShort(b, 0));
System.out.println(buf.getShort());
System.out.println("***************************");
int i = -40;
b = new byte[4];
putInt(b, i, 0);
buf = ByteBuffer.allocate(4);
buf.put(b);
buf.flip();
System.out.println(getInt(b, 0));
System.out.println(buf.getInt());
System.out.println("***************************");
long l = -40;
b = new byte[8];
putLong(b, l, 0);
buf = ByteBuffer.allocate(8);
buf.put(b);
buf.flip();
System.out.println(getLong(b, 0));
System.out.println(buf.getLong());
System.out.println("***************************");
}

public static void putShort(byte b[], short s, int index) {
b[index] = (byte) (s >> 8);
b[index + 1] = (byte) (s >> 0);
}

public static short getShort(byte[] b, int index) {
return (short) (((b[index] << 8) | b[index + 1] & 0xff));
}

// ///////////////////////////////////////////////////////
public static void putInt(byte[] bb, int x, int index) {
bb[index + 0] = (byte) (x >> 24);
bb[index + 1] = (byte) (x >> 16);
bb[index + 2] = (byte) (x >> 8);
bb[index + 3] = (byte) (x >> 0);
}

public static int getInt(byte[] bb, int index) {
return (int) ((((bb[index + 0] & 0xff) << 24)
| ((bb[index + 1] & 0xff) << 16)
| ((bb[index + 2] & 0xff) << 8) | ((bb[index + 3] & 0xff) << 0)));
}

// /////////////////////////////////////////////////////////
public static void putLong(byte[] bb, long x, int index) {
bb[index + 0] = (byte) (x >> 56);
bb[index + 1] = (byte) (x >> 48);
bb[index + 2] = (byte) (x >> 40);
bb[index + 3] = (byte) (x >> 32);
bb[index + 4] = (byte) (x >> 24);
bb[index + 5] = (byte) (x >> 16);
bb[index + 6] = (byte) (x >> 8);
bb[index + 7] = (byte) (x >> 0);
}

public static long getLong(byte[] bb, int index) {
return ((((long) bb[index + 0] & 0xff) << 56)
| (((long) bb[index + 1] & 0xff) << 48)
| (((long) bb[index + 2] & 0xff) << 40)
| (((long) bb[index + 3] & 0xff) << 32)
| (((long) bb[index + 4] & 0xff) << 24)
| (((long) bb[index + 5] & 0xff) << 16)
| (((long) bb[index + 6] & 0xff) << 8) | (((long) bb[index + 7] & 0xff) << 0));
}
}
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