java  常见位逻辑运算符梳理

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概述

最近在看jdk一些集合的框架的时候，频繁出现位运算，比如下图，这对我阅读源码产生了很大的阻碍，因为我对这块内容也是一知半解，因为很少用过，即便学过基本也还给老师了，这篇文章主要针对java中的位运算做一个总结。

位运算符介绍

在Java语言中，提供了7种位运算符，分别是按位与（&）、按位或（|）、按位异或（^）、取反(~)、左移(<<)、带符号右移(>>)和无符号右移(>>>)。位运算符是对long、int、short、byte和char这5种类型的数据进行运算的，我们不能对double、float和boolean进行位运算操作。

位运算符只要是正对二进制的数据进行操作，由于java中最终是按照补码的方式存储的，至于为什么按照补码的方式，是另外一个话题了，按下不表。

正数的原码和反码、补码一样。负数的反码：把原码的符号位保持不变，数值位逐位取反，即可得原码的反码。负数的补码：在反码的基础上加 1 即得该原码的补码。

位逻辑运算符

位逻辑运算符有以下4种，按位与（&）、按位或（|）、按位异或（^）、取反(~)。

位与（&）运算符

位与运算符为&，运算规则是：参与运算的数字，低位对齐，高位不足的补零，如果对应的二进制位同时为 1，那么计算结果才为 1，否则为 0。因此，任何数与 0 进行按位与运算，其结果都为 0，最左边的符号位也是要参与运算的。

例子： 5&6

首先把5和6这两个数字转换为补码，之后还要把这两个数字按位对齐，然后一一把两个相应的二进制位上的数字进行按位与运算，运算得到的二进制串就是最终的结果。

通过位与运算符特点推导出如下结论：

• 任何数与 0 进行按位与运算，其结果都为 0

位或（|）运算符

位或运算符为|，其运算规则是：参与运算的数字，低位对齐，高位不足的补零。如果对应的二进制位只要有一个为 1，那么结果就为 1；如果对应的二进制位都为 0，结果才为 0。

例子： 5|6

首先还是把这两个数字转换成补码形式，之后把相应的二进制位上的数字进行按位或运算：如果两个二进制数都是0，计算结果为0，其他情况计算结果均为1。按照这个规则把每一位上的数字都计算一遍后，得到二进制的运算结果是111，这个运算结果转换为十进制数是7。

通过位或运算符特点推导出如下结论：

• 任何数与 0 进行按位或运算，其结果都是它本身
• 任何数与 位数都是1的二进制进行按位或运算，其结果的二进制位数都是1

位异或（^）运算符

位异或运算符为^，其运算规则是：参与运算的数字，低位对齐，高位不足的补零，如果对应的二进制位相同（同时为 0 或同时为 1）时，结果为 0；如果对应的二进制位不相同，结果则为 1。

例子： 5^6

同样是先转成补码，然后异或计算，得到最后的二进制结果11，转成十进制为3。

通过异或运算符特点推导出如下结论：

• 异或运算符满足交换律，a^b与b^a是等价的。
• 任何两个相同的数字进行异或操作，所得到的结果都必然为0。
• 对于任意一个二进制位来说，这个位上的数与0进行异或运算，运算结果与这个二进制位上的数是相同的，而与1进行异或运算，结果与这个二进制位上的数字相反。
• 对于任何两个整数a和b，a^b^b等于a， 对于任何两个整数a和b，a^b^a等于b

位取反（~）运算符

位取反运算符为~，其运算规则是：只对一个操作数进行运算，将操作数二进制中的 1 改为 0，0 改为 1。

例子：对数字5取反

首先把数字5转换成补码形式，之后把每个二进制位上的数字进行取反，如果是0就变成1，如果1就变成0，经过取反后得到的二进制串就是运算结果，此时是补码的形式，需要转回原码，符号位为1，其余各位取反，然后再整个数加1, 这个运算结果被还原为十进制数是-6。

注意：位运算符的操作数只能是整型或者字符型数据以及它们的变体，不用于 float、double 或者 long 等复杂的数据类型。

位移位运算符

位移相关的运算符有三个，分别是左移(<<)、带符号右移(>>)、无符号右移(>>>)。

左移运算符

左移位运算符为<<，其运算规则是：按二进制形式把所有的数字向左移动对应的位数，高位移出（舍弃），低位的空位补零。

根据左移运算符可以推导出：

• 左移运算有乘以2的N次方的效果。一个数向左移动1位，就相当于乘以2的1次方，移动两位就相当于乘以2的2次方，也就是乘以4。

带符号右移运算符

右位移运算符为>>，其运算规则是：符号位不变，按二进制形式把所有的数字向右移动对应的位数，低位移出（舍弃），高位的空位补零。

根据带符号右移运算符特点可以推导出：

• 对于正数而言，带符号右移之后产生的数字确实等于除以2的N次方。
• 对于任何一个byte、short或者int类型的数据而言，带符号右移31位之后，得到的必然是0或者是-1。对于long类型的数据而言，带符号右移63位之后，得到的也必然是0或者是-1。

无符号右移

无符号右移运算符为>>>, 其运算规则是：无符号右移在二进制串移动之后，空位由0来补充，与符号位是0还是1毫无关系,注意这里的无符号是忽略符号位，也参与移位。

常见的位运算

• 计算m*2^n

System.out.println("2^3=" + (1 << 3));// 2^3=8
System.out.println("3*2^3=" + (3 << 3));// 3*2^3=24
System.out.println("5*2^3=" + (5 << 3));// 5*2^3=40

• 判断一个数n的奇偶性

System.out.println((5 & 1) == 1 ? "奇数" : "偶数"); // 奇数
System.out.println((6 & 1) == 1 ? "奇数" : "偶数"); // 偶数
System.out.println((0 & 1) == 1 ? "奇数" : "偶数"); // 偶数
System.out.println((-1 & 1) == 1 ? "奇数" : "偶数"); // 奇数
System.out.println((-2 & 1) == 1 ? "奇数" : "偶数"); // 偶数

• 取绝对值

System.out.println((-5 ^ (-5 >> 31)) - (-5 >> 31));// 5
System.out.println((0 ^ (0 >> 31)) - (0 >> 31));// 0

4个字节 32位，a>>31取得a的符号；

任何正数右移31后只剩符号位0，溢出的31位截断，空出的31位补符号位0，最终结果为0;

任何负数右移31后只剩符号位1，溢出的31位截断，空出的31位补符号位1，最终结果为 -1;

正数 ^ 0 = 正数本身（二进制不变）；

负数 ^ -1 = 它的绝对值 -1（二进制翻转每一位）；

总结

位运算符这块个人觉得还是挺复杂的，还是需要不断的加深学习和理解。这里强调一点，位运算计算后，不会影响值得本身，比如 int a=5; ~a; 这个a本身并没有改变。另一方面，位运算的效率是远远大于直接计算的。

到此这篇关于java  位逻辑运算符详细解说的文章就介绍到这了,更多相关java 位逻辑运算符内容请搜索编程学习网以前的文章希望大家以后多多支持编程学习网！