🧢 Java的移位操作符

介绍Java中的移位操作符,一共有三种,从数据底层的存储开始介绍，然后依次说明正数和负数使用不同移位运算符的计算方法并举例

数据在底层的存储

数据在计算机的底层统一采用补码的二进制形式存储,而Java的移位操作符只能作用于long,int,short,char四种基本整数类型上,所以这里用int进行介绍,其余的差别就是在所占的字节数上,这里总结Java中所有基本数据类型的占位情况

正数

正数的补码就是其自身,例如整数5的二进制形式为00000000 00000000 00000000 00000101,补码也是00000000 00000000 00000000 00000101,对正数进行移位操作很简单

负数

负数的补码略微复杂一些,需要现将负数的原码表示出来,然后转换成反码,最后转换成补码,首先负数转换成原码需要注意,最高位是一个符号位

例如-5的原码是10000000 00000000 00000000 00000101,最高位是一个符号位

之后将原码转换成反码,除了符号位,剩下的每一位取反即可,-5的反码是11111111 11111111 11111111 11111010

最后将反码转换成补码,就是在反码的基础上对反码加1即可,-5的补码是11111111 11111111 11111111 11111011

移位操作符

左移

左移没有什么特殊的地方,高位直接覆盖,包括负数的符号位也直接覆盖,低位补零即可,例如-5的计算机存储形式为11111111 11111111 11111111 11111011,左移两位变成11111111 11111111 11111111 11101100,这是一个数的补码形式,将其转换成反码(补码-1)为11111111 11111111 11111111 11101011,进一步将其转换成原码(除了符号位都取反)为10000000 00000000 00000000 00010100,可以看出这是-20的原码,也就是说-5左移两位变成了-20

代码测试为:

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public static void main(String[] args) {
    int i = -5;
    System.out.println("移动之前:" + i);
    System.out.println("补码为:" + Integer.toBinaryString(i));
    i <<= 2;
    System.out.println("移动之后:" + i);
    System.out.println("补码为:" + Integer.toBinaryString(i));
}

带符号右移

带符号右移顾名思义就是向右移动时带着自己的符号位,对于-5来说,计算机中存储形式为11111111 11111111 11111111 11111011,向右带符号移动两位变成11111111 11111111 11111111 11111110,这是一个数的补码形式,将其转换成反码为11111111 11111111 11111111 11111101,进一步将其转换成原码为10000000 00000000 00000000 00000010,这是-2的原码表示,也就是说,-5带符号右移两位变成了-2

代码测试为:

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public static void main(String[] args) {
    int i = -5;
    System.out.println("移动之前:" + i);
    System.out.println("补码为:" + Integer.toBinaryString(i));
    i >>= 2;
    System.out.println("移动之后:" + i);
    System.out.println("补码为:" + Integer.toBinaryString(i));
}

无符号右移

无符号右移就是不带上高位的符号位,向右移动时,高位一直补零即可,负数被移动之后,很大可能上会变得很大,例如-5的计算机存储形式为11111111 11111111 11111111 11111011,无符号右移两位为00111111 11111111 11111111 11111110,看最高位变成了0,也就是变成了一个正数,此时这个补码就是原码,转换之后变成了1073741822,成为了一个很大的数

测试程序为

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public static void main(String[] args) {
    int i = -5;
    System.out.println("移动之前:" + i);
    System.out.println("补码为:" + Integer.toBinaryString(i));
    i >>>= 2;
    System.out.println("移动之后:" + i);
    System.out.println("补码为:" + Integer.toBinaryString(i));
}

总结

对于整数来说,分为两种,正数不管怎么移动,因为没有符号位,或者说符号位为0不影响最终的结果,所以较为简单,但是负数本身在计算机中的存储方式就有一些变化,需要计算出原码,然后除符号位取反加一得到最终的补码表示之后再开始移动,左移正常移动,带符号右移时左边加1,无符号右移时左边加0