Java中基本成员默认值+计算机中负数的表示+按位操作符和移位操作符

1.基本成员默认值

若类的某个成员是基本数据类型，即使没有进行初始化，Java也会确保它获得一个默认值，见下表：

基本类型	默认值
boolean	false
char	‘\u0000’(null)
byte	(byte)0
short	(short)0
int	0
long	0L
float	0.0f
double	0.0d

只有当变量作为类的成员变量使用时，Java才确保给定其默认值，以确保那些是基本类型的成员变量得到初始化。但这些变量对于我们的程序来说可能是不正确的，所以最好由我们自己初始化。

然而上述确保初始化的方法并不适用于“局部”变量，即某个方法中的局部变量。

验证程序：

public class Practice1 {

int int_a ;
char char_b;
byte byte_c;
short short_d;
boolean boolean_e;
long long_f;
float float_g;
double double_h;

public static void main(String[] args) {
Practice1 p1 = new Practice1();
System.out.println(p1.int_a);
System.out.println(p1.char_b);
System.out.println(p1.byte_c);
System.out.println(p1.short_d);
System.out.println(p1.boolean_e);
System.out.println(p1.long_f);
System.out.println(p1.float_g);
System.out.println(p1.double_h);
}
}

输出结果：

2.计算机中负数的表示

计算机中的数均放在寄存器中，通常称寄存器的位数为机器字长。比如我们现在通常所说的的64位机，指的就是通用寄存器的位宽是64bit。所谓无符号数，即没有符号的数，在寄存器中的每一位都可用来存放数值。当存放有符号数时，则需要留出位置来存放符号。因此，在机器字长相同时，无符号数和有符号数所对应的数值范围是不同的。

对于有符号数在计算机中的表示，要明确以下几个编码方式：

（1）原码：将一个整数，转换成二进制，就是其原码，其中最高位为符号位，0表示正数，1表示负数。比如，我们用8位二进制表示一个数，+11的原码为00001011，而-11的原码是10001011.

原码不能直接参加运算，可能会出错，比如，在数学上，1+（-1）=0，而在二进制中，000000001+10000001 = 10000010，换算成十进制为-2，显然结果出错了。所以原码的符号位不能直接参与运算，必须和其他位分开，这就增加了硬件的开销和复杂性。

（2）反码：反码通常用来作为原码求补码或者由补码求原码的中间过渡。正数的反码还是其原码；而负数的反码就是将该负数的原码除了符号位之外的位按位取反，得到的码即为反码。比如，00001010的反码还是00001010，而10001010的反码就是11110101.

（3）补码：正数的补码还是其本身。负数的补码是该负数的反码再加1.比如，00001010的补码还是00001010，而10001010的补码就是11110101 + 1 = 11110110。

【另外，由负数的补码求原码的步骤，也是先求反码，再加1，步骤是一样的】

引入补码的概念，就是为了消除减法的概念。

还举最初的例子，1+（-1）=0，现在用补码进行运算，1的补码为其原码本身00000001，-1的补码为11111111，所以00000001+11111111 = 1,0000,0000，最高位1溢出，自动去除，得到的结果为00000000，即数字0的补码，答案正确。

再举一个例子，8+（-12） = -4，8的补码就是00001000，-12的补码为11110011+1=11110100,00001000+11110100 = 11111100，这个补码表示什么数呢，让我们将得到的补码转换成原码，即为10000011+1=10000100，这个数即为十进制的-4，答案正确。

【总结】

1.计算机中的有符号数是用补码表示的，补码的引入也消除了计算机中的减法运算，简化了电路

2.补码的引入同时扩大了负数可以表示的范围，比如如果只采用原码表示有符号数，那么对于8位机，正数可以表示的范围就是[+0,+127]，原码表示就是[00000000,01111111]；而负数可以表示的范围就是[-127,-0]，原码表示就是[11111111,1000000]，这样有什么缺点呢，这样我们8个数位原本可以表示2^8=256个数，但是我们却只能表示255个，因为我们有+0,-0两个0。

统一采用补码之后，我们可以用补码表示出-128，-128的补码就是10000000，但是它的原码表示不出来。我们用128的补码参与运算得到的答案都是对的，不信可以验证。这样8位机的有符号数的范围就变成了[-128,127]，扩大了范围。

所以，这就能够理解Java中基本数字类型的表示范围了：

基本类型	大小	最小值	最大值	包装器类型
byte	8 bits	-128	+127	Byte
short	16 bits	-2^15	+2^15-1	Short
int	32 bits	-2^31	+2^31-1	Integer
long	64 bits	-2^63	+2^63-1	Long

进一步的验证，在Java中，我们对于int型的变量，可以打印出它的二进制表示，如下：

System.out.println(Integer.toBinaryString(-8));
System.out.println(Integer.toBinaryString(8));

输出结果为：



可以看到，输出的确实是补码形式（4B，也即32bit）

3.按位操作符

按位操作符用来操作整数基本数据类型中的单个’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。

（1）按位与

&

：如果两个输入位都是1，则按位“与”生成一个输出位1，否则生成一个输出位0

（2）按位或

|

：如果两个输入位里只要有一个是1，则生成一个输出位1.

（3）异或

^

：两个输入位不同，则输出1，否则输出0

（4）非(取反)

~

：按位取反，即0变成1,1变成0

按位操作符本身很简单，但需要注意的是所有的操作都是包括符号位的，要知道Java中所有的数值类型都是有符号数值（即最高位为符号位），而且是用补码表示的。

比如，8^-8是多少呢？

这个问题，我们不可能一下子知道答案，要实际计算，int是4个字节，在这里为了书写方便，我们假设是2个字节，因为2个字节足够表示8了。

8的二进制补码表示为：00001000，

-8

的二进制补码为：10001000求反码再加1，即为11110111 + 1 = 11111000，

所以00001000 ^ 11111000 = 11110000，那么这个数是几呢？对这个数再求原码就知道了：

10001111 + 1 = 10010000，即为-16.

所以:

8^-8 = -16

再比如，~-8是多少？这个比较简单，-8的二进制补码表示为11111000，按位取反即为00000111，即为7.

即

~-8 = 7

上述结果用程序验证都是正确的，其实也就2个要点：

1.Java中的数值都是补码表示

2.按位操作符都是包括符号位一起操作

注：按位操作符可与等号联合使用，&=、|=和^=都是合法的

4.移位操作符

移位操作符的运算对象也是二进制的位，并且它只能用来处理整数类型。

（1）左移操作符

<<

，按照操作符右侧指定的位数将操作符左边的操作数向左移动（在低位补0）

（2）有符号右移操作符

>>

，按照操作符右侧指定的位数将操作符左边的操作数向右移动。如果符号为正，则在高位补0；如果符号为负，则在高位补1。

（3）无符号右移操作符

>>>

,它使用0扩展，无论正负，都在高位插入0.

掌握了上述两个要点，移位操作符也是相当简单，但是要注意右移操作符的有符号和无符号处理，要知道对于一个负数，如果是有符号右移，则它还是一个负数，但是如果是无符号右移，则会变成正数。

另外，对char、byte或者short类型的数值进行移位处理，那么在移位之前，它们会被转换为int类型，并且得到的结果也是一个int类型。

最重要的一点，Java中的移位操作是循环移位，这也是我在测试的时候偶然发现的，比如

1<<3 = 8

，我们知道int有4个字节，也就是32位，那么如果1向左移的位数超过32位怎么办呢？测试发现

1 << 35 = 8

，可见它是循环移位，所以向左移3位和向左移35位是一样的。