Java 位运算总结
一、Java中支持的位运算
- 位与（&）：二元运算符，两个为1时结果为1，否则为0
- 位或（|）：二元运算符，两个其中有一个为1时结果就为1，否则为0
- 位异或（^）：二元运算符，两个数同时为1或0时结果为1，否则为0
- 位取非（~）：一元运算符，取反操作
- 左移（<<）：一元运算符，按位左移一定的位置。高位溢出，低位补符号位，符号位不变。
- 右移（>>）：一元运算符，按位右移一定的位置。高位补符号位，符号位不变，低位溢出。
- 无符号右移（>>>）：一元运算符，符号位（即最高位）保留，其它位置向右移动，高位补零，低位溢出。
二、位运算规则
Java数值运算过程中都是先将十进制转换为二进制然后再进行运算，再把二进制数据转换为十进制展现给用户。二进制运算规则如下：
对于有符号的而言，
- 最高位为符号位，0表示正数，1表示负数
- 正数的原码，反码和补码都一样，三码合一
- 负数的反码：符号位保持不限，其他位取反
- 负数的补码：补码 + 1
- 0的反码和补码都是0
- 计算机的运算的时候，都是将原码转成补码进行运算的
下面以 -1 为例子展示原码、反码和补码的转换关系（以int数据类型为例，int类型在Java中占4字节）：
三、逻辑运算
（一）、与运算（&）
一、运算规则
两个数相同位置的比特进行与运算，若两个位置均为1，那么结果就为1，否者为0。
二、运算流程
以 4 & -5 = 0为例子展示运算流程：
1. 因为4为正数，所以原码和补码相同，即4的补码为：00000000 0000000 00000000 00000100
2.因为-5为负数，所以需要进行原码 >>> 反码 >>> 补码的转换
1）原码：10000000 00000000 00000000 00000101
2）反码：11111111 11111111 11111111 11111010
3）补码：11111111 11111111 11111111 11111011
3.将4和-5的补码进行 & 运算：00000000 0000000 00000000 00000100
11111111 11111111 11111111 11111011 &
00000000 00000000 00000000 00000000
4.得到的补码结果为：00000000 00000000 00000000 00000000。所以结果为0
（二）、或运算（|）
一、运算规则
两个数相同位置的比特进行或运算，若其中一个为1则结果为1，否个结果为0。
二、运算流程
以 -2 | 5 = -1为例展示运算流程：
1.-2为负数，需要进行原码 > 反码 > 补码的转换。转换步骤如下：
1）原码：10000000 00000000 00000000 00000010
2）符号位不变，其他位置取反得反码：11111111 11111111 11111111 11111101
3）在反码的基础上＋1得到补码： 11111111 11111111 11111111 11111110
2.5为正数，补码和反码一致，所以5的补码为：00000000 00000000 00000000 00000101
3.将-2 和 5 的补码进行或运算： 11111111 11111111 11111111 11111110
| 00000000 00000000 00000000 00000101
11111111 11111111 11111111 11111111
4.根据上面的运算得到补码结果为：11111111 11111111 11111111 11111111
5.结果显然是一个负数，而负数的补码和原码不一致，所以需要将补码结果转换为原码才能得到最终的结果
6.补码转原码的过程是跟原码转补码相反的过程，具体过程如下：
1）补码：11111111 11111111 11111111 11111111
2）补码 -1 得到反码：11111111 11111111 11111111 11111110
3）符号位不变，其他位置取反得：10000000 00000000 00000000 00000001
7.最终得到的原码结果为 10000000 00000000 00000000 00000001，转成十进制为 -1
（三）、异或运算（^）
一、运算规则
两个数相同位置的比特进行或运算，若两个数均为0或1，则结果为0，否者为1.
二、运算流程
以 1 ^ -5 = 6 为例，具体运算流程如下：
1.1的补码为：00000000 00000000 00000000 00000001
2.-5的补码为：11111111 11111111 11111111 11111011（可参考与运算给出的流程）
3.两个补码运算：
00000000 00000000 00000000 00000001
^ 11111111 11111111 11111111 11111011
11111111 11111111 11111111 11111010
4.得到的补码结果为：11111111 11111111 11111111 11111010
5.补码为负数，需要转换成原码：
1）补码：11111111 11111111 11111111 11111010
2）反码：11111111 11111111 11111111 11111001
3）原码：10000000 00000000 00000000 000000110
6.由原码：10000000 00000000 00000000 000000110，得出最终的时间结果为 -6.
（四）、取反运算（~）
一、运算规则
若位数为0，则取反后为1，若为1，取反后为0。
二、运算规则
以~2 = -3为例运算流程如下：
1.2的原码为：00000000 00000000 00000000 00000010
2.2的补码跟原码一致也为：00000000 00000000 00000000 00000010
3.取反：111111111 11111111 11111111 11111101
4.取反后的结果仍未补码，此时补码为负数，则需要转成原码
5. 11111111 11111111 11111111 11111101 - 1 得到反码：11111111 11111111 11111111 11111100
6. 11111111 11111111 11111111 11111100 符号位不变，其他位置取反得到原码为：10000000 00000000 00000000 00000011
7. 10000000 00000000 00000000 00000011 转成十进制结果为 -3
四、位移操作
（一）、左移（<<）
规则：符号位不变，高位溢出截断，低位补零。比如 -1 << 2 = -4 (为方便讲解，图示的补码为-1)
（二）、右移（>>）
规则：符号位不变，低位溢出截断，高位用符号位填充。如：8 >> 2 = 2。
（三）、无符号右移（>>>）
规则：高位填充0，低位溢出。如-1>>>1=2147483647
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