byte 16进制 2进制理解

Posted 2022-11-26 Androider_Zxg

十六进制

以下内容参考博客：关于0x16进制

概念

以0x开始的数据表示16进制，计算机中每位的权为16(10进制的权为10)，即（16进制)10 = (10进制)1×16。备注：这里的0是数字0，不是字母O！

为什么需要十六进制

编程中，我们常用的还是10进制……毕竟C/C++是高级语言。

比如：
int a = 100,b = 99;

不过，由于数据在计算机中的表示，最终以二进制的形式存在，所以有时候使用二进制，可以更直观地解决问题。但二进制数太长了。比如int 类型占用4个字节，32位。比如100，
用int类型的二进制数表达将是：
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110 0100

面对这么长的数进行思考或操作，没有人会喜欢。因此，C,C++ 没有提供在代码直接写二进制数的方法。
用16进制或8进制可以解决这个问题。因为，进制越大，数的表达长度也就越短。不过，为什么偏偏是16或8进制，而不其它的，诸如9或20进制呢？
2、8、16，分别是2的1次方，3次方，4次方。这一点使得三种进制之间可以非常直接地互相转换。8进制或16进制缩短了二进制数，但保持了二进制数的表达特点。在下面的关于进制转换的课程中，你可以发现这一点。

十六进制数转换成十进制数

2进制，用两个阿拉伯数字：0、1；
8进制，用八个阿拉伯数字：0、1、2、3、4、5、6、7；
10进制，用十个阿拉伯数字：0到9；

16进制，用十六个阿拉伯数字……等等，阿拉伯人或说是印度人，只发明了10个数字啊？16进制就是逢16进1，但我们只有0~9这十个数字，所以我们用A，B，C，D，E，F这六个字母来分别表示10，11，12，13，14，15。字母不区分大小写。十六进制数的第0位的权值为16的0次方，第1位的权值为16的1次方，第2位的权值为16的2次方……

所以，在第N（N从0开始）位上，如果是是数 X （X 大于等于0，并且X小于等于 15，即：F）表示的大小为 X * 16的N次方。

假设有一个十六进数 2AF5, 那么如何换算成10进制呢？
用竖式计算：
2AF5换算成10进制:
第0位： 5 * 16^0 = 5
第1位： F * 16^1 = 240
第2位： A * 16^2 = 2560
第3位： 2 * 16^3 = 8192

10997
直接计算就是：
5 * 16^0 + F * 16^1 + A * 16^2+2 * 16^3 = 10997

十六进制数互相转换

如果不使用特殊的书写形式，16进制数也会和10进制相混。随便一个数：9876，就看不出它是16进制或10进制。
C，C++规定，16进制数必须以 0x开头。比如0x1表示一个16进制数。而1则表示一个十进制。另外如：0xff,0xFF,0X102A,等等。其中的x也不区分大小写。(注意：0x中的0是数字0，而不是字母O)

以下是一些用法示例：
int a = 0x100F;
int b = 0x70 + a;
至此，我们学完了所有进制：10进制，8进制，16进制数的表达方式。

C/C++中，10进制数有正负之分，比如12表示正12，而-12表示负12，；但8进制和16进制只能用来表示无符号的正整数，如果你在代码中里：-078，或者写：-0xF2,C,C++并不把它当成一个负数。

十六进制数互相转换

二进制和十六进制的互相转换比较重要。不过这二者的转换却不用计算，每个C，C++程序员都能做到看见二进制数，直接就能转换为十六进制数，反之亦然。我们也一样，只要学完这一小节，就能做到。

首先我们来看一个二进制数：1111，它是多少呢？
你可能还要这样计算：1 * 2 ^0+ 1 * 2^1 + 1 * 2^2+ 1 * 2^3 = 1 * 1 + 1 * 2 + 1 * 4 + 1 * 8 = 15。

然而，由于1111才4位，所以我们必须直接记住它每一位的权值，并且是从高位往低位记，：8、4、2、1。即，最高位的权值为 8，然后依次是 4，2，1。
记住8421，对于任意一个4位的二进制数，我们都可以很快算出它对应的10进制值。

下面列出四位二进制数 xxxx 所有可能的值（中间略过部分）
仅4位的2进制数 快速计算方法 十进制值 十六进值
1111 = 8 + 4 + 2 + 1 = 15 -> F
1110 = 8 + 4 + 2 + 0 = 14 -> E
1101 = 8 + 4 + 0 + 1 = 13 -> D
1100 = 8 + 4 + 0 + 0 = 12 -> C
1011 = 8 + 0 + 2 + 1 = 11 -> B
1010 = 8 + 0 + 2 + 0 = 10 -> A
1001 = 8 + 0 + 0 + 1 = 9 -> 9
…
0001 = 0 + 0 + 0 + 1 = 1 1
0000 = 0 + 0 + 0 + 0 = 0 0

byte

谈一些自己的理解：

java中byte是最小的基本数据类型，它只有8位，也就是2的8次方。表示无符号整数范围0~256。表示有符号整数范围-127 ~ 128（十进制表示）。关于其取值范围的理解参考这边文章详解java中的byte类型

我们经常用到的byte[]数组，可以看到每一个元素范围均在-127 ~ 128 内。但其实也可以用十六进制表示。从上边对十六进制的讲解我们知道，16进制只能表示无符号整数。那么其表示范围便是0 ~ 256。用十六进制表示就是0X00 ~ 0xFF(15*16+16)。

所以就会有这样一种操作的存在：十六进制byte[]转十进制byte[]，一开始很不理解这种说法。其实就是将byte[]中每个元素进行十六进制-十进制的转换。

20201202

以上说法感觉是错误的，看了几篇博文，觉得正确的理解应该如下。

1. 首先byte数组中的元素类型就是byte类型，就像String[]中每一个元素是字符串，int[]中每个元素是int值。所以不存在什么十六进制byte[]转十进制byte[]。

2. byte是什么

byte，即字节，由8位的二进制组成。在Java中，byte类型的数据是8位带符号的二进制数。是计算机进行数据传输和数据计量的最基本单位，我可以说文件5字节大。但不能说这个文件40位大。

3. 字节数组使用场景

我们刚刚说过，字节是数据传输的最小单位，那例如，程序要展示一张图片，将图片从磁盘读到内存中。以什么样的形式读?就以byte[]数组的形式读。再例如从网络下载一张图片，内存就我们也是拿byte[]数组接收。

4. 字节数组和十六进制

   先明确一点，字节数组与十六进制的转换是:字节数组于十六进制字符串之间的互转。应用于例如TCP传输、MD5加密等场景。

   一个十六进制数（Hex），正好为4个二进制位。一个字节（byte）为8个二进制位。因此，一个字节可表示为两个十六进制数字。

   十六进制更节省空间，这也是网络传输需要将byte[]数组转化为十六进制的原因，可以节省网络开销。 例如，”1234ab“字符串一般存储占用6个byte，我可以将byte[6]直接上传，交给网络模块进行通信，但是转换为十六进制字符是: 0x12 0x34 0xab，这样就只需要3个byte：一个字节可以表示两个十六进制

在计算机中，数都是用二进制码来表示的，十六进制码只是二进制码的另一种表示形式而已，因此，同样一个数用十六进制表示或者用二进制表示，在计算机中占用同样大小的存储空间。使用十六进制仅仅是为了方便。因为如果使用2进制，比如传送100，用int类型的二进制数表达将是：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110 0100。所以我们传输时使用16进制。

个人理解，不同的进制只是数据的不同的表现方式。而byte[]代表计算机存储的基本单位。就好像byte[]是篮子，用于存放巧克力。不同进制就是不同的摆法。但一个篮子能放多少巧克力是固定的

我们在获取网络数据中看到byte[]中的数据有有例如7B 5A 这种数据，这便是十六进制的表示。因为网络通信要求byte[]中的数据需要用十六进制表示。
那么如果要在网络中传输一个int值(每个int是32位)，就需要4个byte(每个byte是8位);
如果要在网络中传输一个String字符串，那么需要先将字符串转为byte[]数组。注意该byte[]数组中每个元素是用十进制表示的，我们需要将其装换为16进制，如下

/**
	 * 字符串转换成为16进制(无需Unicode编码)
	 * 
	 * @param str
	 * @return
	 */
	public static String str2HexStr(String str) 
		char[] chars = "0123456789ABCDEF".toCharArray();
		StringBuilder sb = new StringBuilder("");
		byte[] bs = str.getBytes();
		int bit;
		for (int i = 0; i < bs.length; i++) 
			bit = (bs[i] & 0x0f0) >> 4;
			sb.append(chars[bit]);
			bit = bs[i] & 0x0f;
			sb.append(chars[bit]);
			// sb.append(' ');
		
		return sb.toString().trim();
	
 
	/**
	 * 16进制直接转换成为字符串(无需Unicode解码)
	 * 
	 * @param hexStr
	 * @return
	 */
	public static String hexStr2Str(String hexStr) 
		String str = "0123456789ABCDEF";
		char[] hexs = hexStr.toCharArray();
		byte[] bytes = new byte[hexStr.length() / 2];
		int n;
		for (int i = 0; i < bytes.length; i++) 
			n = str.indexOf(hexs[2 * i]) * 16;
			n += str.indexOf(hexs[2 * i + 1]);
			bytes[i] = (byte) (n & 0xff);
		
		return new String(bytes);
	

实验证明:

将一个字符串直接转化为字节数组和将一个字符串转为十六进制字符串再转化为字节数组。字节数组是一样的