理解java移位运算符

Posted 2020-09-12

 　　　　移位运算符操作的对象就是二进制的位，可以单独用移位运算符来处理int型整数。

运算符	含义	例子
<<	左移运算符，将运算符左边的对象向左移动运算符右边指定的位数（在低位补0）	x<<3
>>	"有符号"右移运算 符，将运算符左边的对象向右移动运算符右边指定的位数。使用符号扩展机制，也就是说，如果值为正，则在高位补0，如果值为负，则在高位补1.	x>>3
>>>	"无符号"右移运算 符，将运算符左边的对象向右移动运算符右边指定的位数。采用0扩展机制，也就是说，无论值的正负，都在高位补0.	x>>>3

　　

 

 

以int类型的6297为例，代码如下：

[java] view plaincopy

1. System.out.println(Integer.toBinaryString(6297));   
2. System.out.println(Integer.toBinaryString(-6297));   
3. System.out.println(Integer.toBinaryString(6297>>5));   
4. System.out.println(Integer.toBinaryString(-6297>>5));   
5. System.out.println(Integer.toBinaryString(6297>>>5));   
6. System.out.println(Integer.toBinaryString(-6297>>>5));   
7. System.out.println(Integer.toBinaryString(6297<<5));   
8. System.out.println(Integer.toBinaryString(-6297<<5));  

 

  运行结果：

1100010011001
11111111111111111110011101100111
11000100
11111111111111111111111100111011
11000100
111111111111111111100111011
110001001100100000
11111111111111001110110011100000

注：x<<y 相当于 x*2^y ；x>>y相当于x/2^y
    从计算速度上讲，移位运算要比算术运算快。
    如果x是负数，那么x>>>3没有什么算术意义，只有逻辑意义。

 

在Think in Java中有这么一段话

“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个低位才会有用。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。”

 

这段话有两个出处，一个是Java编程思想3.11移位操作符中出现，原话是“只有数值右端的低5位才有用”。一个是Java解惑中谜题27：变幻莫测的i值，原话是“移位操作符只使用其右操作数的低5位作为移位长度”。

弄清这句话首先需要弄清楚移位操作符，移位操作符是一个二元操作符，两个操作数分别位于移位操作两边形如：左操作数 移位操作符 右操作数 这样的结构，其含义是，将左操作数按照移位操作符指定的移位方向，进行右操作数指定的次数的移位。然后对照出处二，Java解惑中所描述的，就豁然开朗了。

首先，移位操作符能操作的数只有int类型和long类型，这个是指左操作数的类型。对于int类型而言，int在Java中占4字节，一共32位，也就是说，对于一个在Java中的int数据，做32次移位，那么这个int数据就完全变了，以左移为例，左移是补0，那么对于任意一个int类型数据，做32次移位，那么int数据变成32位全0的数据，Java不允许一次性移位左操作数的所有位，也就是右操作数不能大于32。于是回到上述的句子，其指的是右操作数的低5位，5位二进制所代表的最大值为2^5-1，为31，所以取右操作数的低5位，就是只看右操作数的二进制的低5位，其数值不会超过2^5次方，也就是int的32位。因此，移位操作符进行移位的实际次数，其实是右操作数2的次数。

对上面那段话的理解是：移位操作符操作的运算对象是二进制的“位”，int类型是32位也就是2的5次幂 ！如果移32位以上，那么原来的数的信息会全部丢失，这样也就没有什么意义了！所以上面的“只有右侧的5个低位才会有用”说的是：移位操作符右端的那个数（化成二进制）的低5位才有用，即
X < <y;

是指y的低5位才有用，即不能大于32。 而对于long型也是同样的道理！

因此，如果对一个int 型，进行移位，X < <y; 当y小于32时，移位后的结果一般都在我们的预料当中；而如果y大于32时，由于移位超出了int所能表示的范围，这时就先把y化成二进制数，然后取该二进制数右端的低5位，再把这5位化成十进制，此时的这个十进制就是要对X移动的位数。
例如：

int int a=140;
a << 34
System.out.println(Integer.toBinaryString(a << b));

上面那两个语句的执行过程是：先把a化成二进制数：10001100

执行语句 a << 34 对a左移32位时，先把 34化成二进制：100010，对该二进制数取右边5位，即00010，化成十进制数为2，所以实际上是对a左移两位。现在，地球人都会知道上面程序的输出结果是：1000110000

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移位运算符和按位运算符一样，同属于位运算符，因此移位运算符的位指的也是二进制位。它包括以下几种：
左移位（<<）：将操作符左侧的操作数向左移动操作符右侧指定的位数 。移动的规则是在二进制的低位补0。

有符号右移位（>>）：将操作符左侧的操作数向右移动操作符右侧指定的位数。移动的规则是，如果被操作数的符号为正，则在二进制的高位补0；如果被操作数的符号为负，则在二进制的高位补1。

无符号右移位（>>>）：将操作符左侧的操作数向右移动操作符右侧指定的位数。移动的规则是，无论被操作数的符号是正是负，都在二进制位的高位补0。
注意，移位运算符不存在“无符号左移位（<<<）”一说。与按位运算符一样，移位运算符可以用于byte、short、int、long等整数类型，和字符串类型char，但是不能用于浮点数类型float、double；当然，在Java5.0及以上版本中，移位运算符还可用于byte、short、int、long、char对应的包装器类。我们可以参照按位运算符的示例写一个测试程序来验证，这里就不再举例了。
与按位运算符不同的是，移位运算符不存在短路不短路的问题。
写到这里就不得不提及一个在面试题中经常被考到的题目：

请用最有效率的方法计算出2乘以8等于几？这里所谓的最有效率，实际上就是通过最少、最简单的运算得出想要的结果，而移位是计算机中相当基础的运算了，用它来实现准没错了。左移位“<<”把被操作数每向左移动一位，效果等同于将被操作数乘以2，而2*8=（2*2*2*2），就是把2向左移位3次。因此最有效率的计算2乘以8的方法就是“2<<3”。

最后，我们再来考虑一种情况，当要移位的位数大于被操作数对应数据类型所能表示的最大位数时，结果会是怎样呢？比如，1<<35=?呢？
这里就涉及到移位运算的另外一些规则：
byte、short、char在做移位运算之前，会被自动转换为int类型，然后再进行运算。 byte、short、int、char类型的数据经过移位运算后结果都为int型。 long经过移位运算后结果为long型。

在左移位（<<）运算时，如果要移位的位数大于被操作数对应数据类型所能表示的最大位数，那么先将要求移位数对该类型所能表示的最大位数求余后，再将被操作数移位所得余数对应的数值，效果不变。

比如1<<35=1<&lt;(352)=1<<3=8。 对于有符号右移位（>>）运算和无符号右移位（>>>）运算，当要移位的位数大于被操作数对应数据类型所能表示的最大位数时，那么先将要求移位数对该类型所能表示的最大位数求余后，再将被操作数移位所得余数对应的数值，效果不变。。

比如100>>35=100>>(352)=100>>3=12。

另：

Java 的 Integer.toBinaryString 方法

public static String toBinaryString(int i)

    //以二进制（基数 2）无符号整数形式返回一个整数参数的字符串表示形式。 
    //如果参数为负，该无符号整数值为参数加上 2^32；否则等于该参数。

        System.out.println(Integer.toBinaryString(-1)) ;
        System.out.println(Integer.toBinaryString(2)) ;
        System.out.println(Integer.toBinaryString(1)) ;

    输出：
        11111111111111111111111111111111
        11111111111111111111111111111110
        1

结论输出的是数字的二进制补码。为什么说是以 二进制无符号整数形式 返回一个 整数类型的字符串，为什么 如果参数为负数，就要加上 232 次方？

因为Java里的int是有符号的，在内存中没有正负之分，只有0/1，整数是用补码表示的

正数补码等于原码
负数的补码等于其绝对值的反码+1，正好等于自身+2^32(对于4字节的整型来说)

-1 的补码 就是 绝对值1 的反码(按位取反) 11111111 11111111 11111111 11111110 再+1
等于 11111111 11111111 11111111 11111111

这样正好能把最高位为1的数字用来表示负数，而最高位为0的数字表示非负数

10000000 00000000 00000000 00000000 => -2147483648
11111111 11111111 11111111 11111111 => -1
00000000 00000000 00000000 00000000 => 0
00000000 00000000 00000000 00000001 => 1
01111111 11111111 11111111 11111111 => 2147483647

因此负数+2^32之后的二进制串，就是该负数内存中准确的存储形式

 

 

参考、转载：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/s/blog_6f436a590100nc37.html?vt=4

https://segmentfault.com/q/1010000002535852

http://blog.sina.com.cn/s/blog_6ca0f5eb0102vlha.html

http://www.cnblogs.com/bluestorm/p/5795461.html