Java进阶篇：位运算

水深无声 2024-04-18 10:49 123阅读 0赞

程序中的所有数在计算机内存中都是以二进制的形式存储的。位运算就是直接对整数在内存中的二进制位进行操作。比如，and运算本来是一个逻辑运算符，但整数与整数之间也可以进行and运算。举个例子，6的二进制是110，11的二进制是1011，那么6 and 11的结果就是2，它是二进制对应位进行逻辑运算的结果（0表示False，1表示True，空位都当0处理）。

0110
    AND 1011
    ---------------
        0010 --> 2

### 下面我们来看看位运算的用处 ###

### 一、运算说明 ###

**1. and运算 & **

说明：相同位的两个数字都为1，则为1；若有一个不为1，则为0。同真为真，一假为假。

and运算通常用于二进制的取位操作，例如一个数 and 1的结果就是取二进制的最末位。这可以用来判断一个整数的奇偶，二进制的最末位为0表示该数为偶数，最末位为1表示该数为奇数。

00101
    （&；或者and）   11100
                ----------------
                    00100

**2. or运算 |**

说明：相同位只要一个为1即为1。有真为真，全假为假。

or运算通常用于二进制特定位上的无条件赋值，例如一个数or 1的结果就是把二进制最末位强行变成1。如果需要把二进制最末位变成0，对这个数or 1之后再减一就可以了，其实际意义就是把这个数强行变成最接近的偶数。

00101
    （|或者or）  11100
           ----------------
                11101

**3. xor运算 ^**

说明：相同位不同则为1，相同则为0。异或从字面就很好理解，不同为真，相同为假。

异或的符号是**^**。按位异或运算，对等长二进制模式按位或二进制数的每一位执行逻辑按位异或操作。操作的结果是如果某位不同则该位为1， 否则该位为0。

xor运算的逆运算是它本身，也就是说两次异或同一个数最后结果不变，即**（a xor b) xor b = a**。xor运算可以用于简单的加密，比如我想对我MM说1314520，但怕别人知道，于是双方约定拿我的生日19880516作为密钥。1314520 xor 19880516 = 20665500，我就把20665500告诉MM。MM再次计算20665500 xor 19880516的值，得到1314520。

00101
    （^或者xor）11100
        ----------------
               11001

**4. not运算 ~ **

说明：取反，1变0，0变1。

(~或者not) 00110
        ----------------
               11001

**5. 左移运算  <<**

说明：参加运算的数，换算为二进制(01)后，进行左移运算，用来将一个数各二进制位全部向左移动若干位，其余位补0。

左移的意义在于对数进行2^n的乘法运算。

10 << 2 ;
    
    0000 0000 0000 1010
    --------------------
    0000 0000 0010 1000

所以：10 << 2 = 0000 0000 0010 1000 = 40 = 10\*2^2。

**6. 右移运算 >>**

说明：参加运算的数，换算为二进制(01)后，进行右移运算，用来将一个数各二进制位全部向右移动若干位，其余位补0。

和左移一样，右移的意义在于对数进行2^n的除法运算。

10 >> 2 ;
    
    0000 0000 0000 1010
    --------------------
    0000 0000 0000 0010

所以：10 >> 2 = 0000 0000 0000 0010 = 2 = 10/2^2。注意：除了以后没有小数位的，都是取整。

合理运用位运算可以提高程序效率。因为高级的加减乘除运算在底层都是靠位运算实现的。

说到运算顺便复习Java的运算符

# 二、Java 的运算符 #

Java运算符很多，下面按优先顺序列出了各种运算符。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>优先级</td> 
   <td>运算符分类</td> 
   <td>结合顺序</td> 
   <td>运算符</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>由 <p>高</p> <p>到</p> <p>低</p> </td> 
   <td>分隔符</td> 
   <td>左结合</td> 
   <td>.&nbsp;&nbsp;&nbsp; []&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; ( )&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; ;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; ,</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>一元运算符</td> 
   <td>右结合</td> 
   <td>!&nbsp; ++&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; --&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; -&nbsp;&nbsp; ~</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p>算术运算符</p> <p>移位运算符</p> </td> 
   <td>左结合</td> 
   <td>*&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; /&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; %&nbsp;&nbsp;&nbsp; +&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; -&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; &lt;&lt;&nbsp;&nbsp; &gt;&gt;&nbsp;&nbsp; &gt;&gt;&gt;</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>关系运算符</td> 
   <td>左结合</td> 
   <td>&lt;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; &gt;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; &lt;=&nbsp;&nbsp; &gt;=&nbsp;&nbsp; instanceof(Java 特有)&nbsp;&nbsp; = =&nbsp; !=</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>逻辑运算符</td> 
   <td>左结合</td> 
   <td>!&nbsp;&amp;&amp;&nbsp; ||&nbsp; ~&nbsp; &amp;&nbsp; |&nbsp; ^&nbsp;</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>三目运算符</td> 
   <td>右结合</td> 
   <td>布尔表达式?表达式1:表达式2</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>赋值运算符</td> 
   <td>右结合</td> 
   <td>=&nbsp; *=&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; /=&nbsp; %=&nbsp;&nbsp; +=&nbsp;&nbsp; -=&nbsp;&nbsp;&nbsp; &lt;&lt;= &gt;&gt;= &gt;&gt;&gt;=&nbsp; &amp;=&nbsp; *=&nbsp; |=</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**1. 一元运算符**

因操作数是一个，故称为一元运算符。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>运算符</td> 
   <td>含义</td> 
   <td>例子</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-</td> 
   <td>改变数值的符号，取反</td> 
   <td>-x（-1*x）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>~</td> 
   <td>逐位取反，属于位运算符</td> 
   <td>~x</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>++</td> 
   <td>自加1</td> 
   <td>x++</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>--</td> 
   <td>自减1</td> 
   <td>x--</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

\++x 因为++在前，所以先加后用。  
x++ 因为++在后，所以先用后加。

注意：a+ ++b和a+++b是不一样的（因为有一个空格）。

**2. 算术运算符**

算术运算符，就是数学中的加、减、乘、除等运算。因算术运算符是运算两个操作符，故又称为二元运算符。

这些操作可以对不同类型的数字进行混合运算，为了保证操作的精度，系统在运算过程中会做相应的转化。数字精度的问题，我们在这里不讨论。

**3. 移位运算符**

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。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>运算符</td> 
   <td>含义</td> 
   <td>例子</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&lt;&lt;</td> 
   <td>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）</td> 
   <td>x&lt;&lt;3</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&gt;&gt;</td> 
   <td>"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.</td> 
   <td>x&gt;&gt;3</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&gt;&gt;&gt;</td> 
   <td>"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.</td> 
   <td>x&gt;&gt;&gt;3</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**4. 关系运算符**

Java具有完备的关系运算符，这些关系运算符同数学中的关系运算符是一致的。具体说明如下：

**五、逻辑运算符**

<table>  
 <strong>逻辑非关系值表</strong>  
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>A</td> 
   <td>!A</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>true</td> 
   <td>false</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p>false</p> </td> 
   <td>true</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table>  
 <strong>逻辑与关系值表</strong>  
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>A</td> 
   <td>B</td> 
   <td>A&amp;&amp;B</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>false</td> 
   <td>false</td> 
   <td>false</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>true</td> 
   <td>false</td> 
   <td>false</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>false</td> 
   <td>true</td> 
   <td>false</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>true</td> 
   <td>true</td> 
   <td>true</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table>  
 <strong>逻辑或关系值表</strong>  
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>A</td> 
   <td>B</td> 
   <td>A||B</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>false</td> 
   <td>false</td> 
   <td>false</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>true</td> 
   <td>false</td> 
   <td>true</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>false</td> 
   <td>true</td> 
   <td>&nbsp;&nbsp; true&nbsp;</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>true</td> 
   <td>true</td> 
   <td>true</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**在运用逻辑运算符进行相关的操作，就不得不说“短路”现象。**

if(1==1 && 1==2 && 1==3){  }

代码从左至右执行，执行第一个逻辑表达式后：(true && 1==2 && 1==3)，执行第二个逻辑表达式后：(true && false && 1==3)  
因为其中有一个表达式的值是false，可以判定整个表达式的值是false，就没有必要执行第三个表达式了，所以java虚拟机不执行1==3代码，就好像被短路掉了。

但是如果是下面这段代码就会全部判断执行。

if(1==1 & 1==2 & 1==3){  }

逻辑或也存在“短路”现象，当执行到有一个表达式的值为true时，整个表达式的值就为true，后面的代码就不执行了。  
“短路”现象在多重判断和逻辑处理中非常有用。我们经常这样使用：

public void a(String str){  
      if(str!=null && str.trim().length()>0){  
          
      }  
    }

如果str为null，那么执行str.trim().length()就会报错，短路现象保证了我们的代码能够正确执行。

**6. 三目运算符**

三目运算符是一个特殊的运算符，它的语法形式如下：

布尔表达式？表达式1：表达式2

运算过程：如果布尔表达式的值为true，就返回表达式1的值，否则返回表达式2的值，例如：

int sum=90;
    String str=sum<100 ? "失败" : "成功";

等价于下列代码：

String str=null;
    if(num<100){
      str="失败";
    }else{
      str="成功";
    }