byte为什么要与0xff

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了byte为什么要与0xff相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

面对带正负号的数,会采用符号扩展,如果原值是正数,则高位补上0;如果原值是负数,高位补1。
二进制是计算技术中广泛采用的一种数制。二进制数据是用0和1两个数码来表示的数。
当前的计算机系统使用的基本上是二进制系统,数据在计算机中主要是以补码的形式存储的。
计算机中的二进制则是一个非常微小的开关,用“开”来表示1,“关”来表示0。

我们都知道Java的基本数据类型内存中都有一个固定的位数(内存分配空间),如byte占8位,int占32位等。正因如此,当把一个低精度的数据类型转成一个高精度的数据类型时,必然会涉及到如何扩展位数的问题。这里有两种解决方案: 
(1)补零扩展:填充一定位数的0。 
(2)补符号位扩展:填充一定位数的符号位(非负数填充0,负数填充1)。 
  对于无符号类型(相当于都是非负数)与有符号类型中的非负数部分,这两种方法没有区别,都是填充0;对于有符号类型中的负数部分,这两种方法就会产生差异了,补零扩展会填充0,而补符号位扩展会填充1。下面将byte类型的-127转为int类型为例,探讨一下这两种方法的区别。 
  首先必须明确一些知识点:

  • 计算机是用补码来存储数字的;
  • 正数的补码等于原码;
  • 负数的补码等于反码+1;
  • 一个数的补码的补码等于原码。

  -127原码1111 1111,反码1000 0000,补码1000 0001。计算机存储的是1000 0001,用十六进制表示为0x81。


  当使用补零扩展时,结果为: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0001 
  用十六进制表示为0x81。为了计算十进制值,计算它的补码,结果为: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0001 
  将这个二进制数转成十进制的结果是129。


  当使用补符号位扩展时,结果为: 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0001 
  用十六进制表示为0xFFFFFF81。为了计算十进制值,计算它的补码,结果为: 1000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1111 
  将这个二进制数转成十进制的结果是-127。 
由此可以得出结论: 
(1)使用补零扩展能够保证二进制存储的一致性,但不能保证十进制值不变。 
(2)使用补符号位扩展能够保证十进制值不变,但不能保证二进制存储的一致性。




原码反码补码这三个概念

对于正数(00000001)原码来说,首位表示符号位,反码 补码都是本身

对于负数(100000001)原码来说,反码是对原码除了符号位之外作取反运算即(111111110),补码是对反码作+1运算即(111111111)

概念就这么简单。

 

 

当将-127赋值给a[0]时候,a[0]作为一个byte类型,其计算机存储的补码是10000001(8位)。

将a[0] 作为int类型向控制台输出的时候,jvm作了一个补位的处理,因为int类型是32位所以补位后的补码就是1111111111111111111111111 10000001(32位),这个32位二进制补码表示的也是-127.

发现没有,虽然byte->int计算机背后存储的二进制补码由10000001(8位)转化成了1111111111111111111111111 10000001(32位)很显然这两个补码表示的十进制数字依然是相同的。

 

但是我做byte->int的转化 所有时候都只是为了保持 十进制的一致性吗?

不一定吧?好比我们拿到的文件流转成byte数组,难道我们关心的是byte数组的十进制的值是多少吗?我们关心的是其背后二进制存储的补码吧

所以大家应该能猜到为什么byte类型的数字要&0xff再赋值给int类型,其本质原因就是想保持二进制补码的一致性。

当byte要转化为int的时候,高的24位必然会补1,这样,其二进制补码其实已经不一致了,&0xff可以将高的24位置为0,低8位保持原样。这样做的目的就是为了保证二进制数据的一致性。

当然拉,保证了二进制数据性的同时,如果二进制被当作byte和int来解读,其10进制的值必然是不同的,因为符号位位置已经发生了变化。

 

int c = a[0]&0xff;

 a[0]&0xff=1111111111111111111111111 10000001&11111111=000000000000000000000000 10000001 ,这个值算一下就是129,

所以c的输出的值就是129。

 

有人问   

 

为什么上面的式子中a[0]不是8位而是32位,因为当系统检测到byte可能会转化成int

或者说byte经过一些运算后会转化成int时,就会将byte的内存空间高位补1扩充到32位,再参与运算。

 

其实是从数字类型扩展到较宽的类型时,补零扩展还是补符号位扩展。
这是因为Java中只有有符号数,当byte扩展到short, int时,即正数都一样,因为为符号位是0,所以无论如何都是补零扩展;

但负数补零扩展和按符号位扩展结果完全不同。
补符号数,原数值不变。
补零时,相当于把有符号数看成无符号数,比如-127 = 0x81,看成无符号数就是129, 256 + (- 127) 
对于有符号数,从小扩展大时,需要用&0xff这样方式来确保是按补零扩展。
而从大向小处理,符号位自动无效,所以不用处理。

 

也就是说在byte向int扩展的时候,自动转型是按符号位扩展的,这样子能保证十进制的数值不会变化

而&0xff是补0扩展的,这样子能保证二进制存储的一致性,但是十进制数值已经发生变化了。

 

也就是说按符号位扩展能保证十进制数值不变,补0扩展能保证二进制存储不会变。

而正数可以说是既按符号位扩展,又是补0扩展,所以在二进制存储和十进制数值上都能保证一致。

 

以上是关于byte为什么要与0xff的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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