说说Java 位运算

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前言

我们都知道，在计算机世界里，再复杂，再美的程序，到最后都会变成0与1。也就是我们常说的：二进制。二进制相信大家都很熟悉。与现实世界不同的是，在现实世界里，我们通常都是用十进制来表示的，也就是遇十进一，这些都是我们熟悉的。到这里，我们就会发现端倪，现实世界中的十进制与计算机中的二进制其计量单元是不一样的。那它们之间怎么转换呢？这就涉及到一些比较基础的计算机知识。不在本文中讨论（如果有兴趣，可以在下次讲讲)。嗯，回到今天的主题，来说说位运算，这又是一个怎样的概念呢？我们从小就开始接触，现实世界中的加减乘除这些运算，也就是十进制中的运算。今天我们要说的是：二进制位中的一些常用运算。例如：& (位与)，| (位或) ，^(异或)，<<(左移)，>>(右移) 等等。

真与假

在进行运算符使用之前，我们有必要说下真假。在 Java 中，我们都知道，用 true 值表示真，false 值表示假。其实在计算机中，通常使用 1 表示真，0表示假。使用过Json的同学应该知道，Java中的boolean类型，用1也是可以反序列化成true，0反序列化为false的。

& (位与)

在说位与之前，我们先来说说我们熟悉的 && 逻辑与操作。简单来说： A&&B 也就是：A且B同时成立时为真，否则为假。也有人称之为：“一假必假”。

现在我们再来看位与。首先，我们来看一段程序：

@Test

public void testBit(){
    int a = 8;
    int b = 9;
    System.out.println("a binary: "+Integer.toBinaryString(a));
    System.out.println("b binary: "+Integer.toBinaryString(b));
    System.out.println("a & b binary: "+Integer.toBinaryString(a&b));
    System.out.println("a & b result: "+(a&b));
}

再看解释之前，我们先猜猜结果是多少？

代码解释：

位与：我们从字面意思上来理解，也是二进制位的与操作。

数字 8 的十进制是： 1000 。

数字 9 的十进制是： 1001。

我们再来进行位于操作：

如下所示：

8：1000

9：1001

&

8 1000

最左边的 1&1 = 1，中间的 0&0 = 0，最右边的0&1 = 0。

二进制的结果为：1000，转换为10进制后为 8。

程序运行结果如下：

a binary: 1000

b binary: 1001

a & b binary: 1000

a & b result: 8

结果是符合预期的。

| (位或)

上面说 & (位与) 操作，现在我们来看看位或操作，继续使用上面的例子：如下所示：

@Test

public void testBit(){
    int a = 8;
    int b = 9;
    System.out.println("a binary: "+Integer.toBinaryString(a));
    System.out.println("b binary: "+Integer.toBinaryString(b));
    System.out.println("a & b binary: "+Integer.toBinaryString(a|b));
    System.out.println("a & b result: "+(a|b));
}

再看看二进制：

8：1000

9：1001

|

9 1001

最左边的 1|1 = 1，中间的0|0 = 0 ，最右边的 0|1 = 1。

结果二进制为： 1001 对应的10进制为 9。

运算结果如下：

a binary: 1000

b binary: 1001

a & b binary: 1001

a & b result: 9

^(异或)

这个运算符比较有意思，异从字面上来理解是：不同的。放在位操作里也是一样的。继续使用上面的例子：

@Test

public void testBit(){
    int a = 8;
    int b = 9;
    System.out.println("a binary: "+Integer.toBinaryString(a));
    System.out.println("b binary: "+Integer.toBinaryString(b));
    System.out.println("a & b binary: "+Integer.toBinaryString(a^b));
    System.out.println("a & b result: "+(a^b));
}

继续看二进制：

8:1000

9:1001

^

1 0001

位相同时取假，不同时取真。左边的 1=1 相同取假，也就是0。中间的0=0 也为假为0。最右边的0不等于1，为真。结果也就为1。

<<(左移)

在现实世界里，我们经常使用乘法。<< 则表示二进制中的位移操作，低位补0。例如：8<<1。

@Test

public void testCode(){
    int a =8;
    System.out.println("a toBinaryString: "+Integer.toBinaryString(a));
    System.out.println("a<<1 toBinaryString: "+Integer.toBinaryString(a<<1));
    System.out.println("result: "+(a<<1));

二进制如下：

8 1000

8<<1

16 10000

结果为： 2^4 = 16。 << 左边 a 表示基数， 右边 1 则表示需要位移动的位数。 箭头指向哪边，则向哪边位移。程序运行结果：

a toBiryString: 1000

a<<1 toBinaryString: 10000

result: 16

>> 右移

(右移) 与左移 << 则是相反的，高位补0 。继续上面的例子：

@Test

public void testCode(){
    int a =8;
    System.out.println("a toBinaryString: "+Integer.toBinaryString(a));
    System.out.println("1>>a toBinaryString: "+Integer.toBinaryString(a>>1));
    System.out.println("result: "+(a>>1)
}

二进制：

8 : 1000

8>>1

4 : 0100

运行结果：

a toBinaryString: 1000

a>>1 toBinaryString: 100

result: 4

其实这里还有一个比较好记的口诀：

a>>n 则表示： a / (2^n) 次方。 (取整)

a<<n 则结果为： a * (2^n) 次方。

现在我们来速算一下：

当a = 13, n = 2 时。13<<2 等于 13* 4 = 52 。 13/4 = 3。

(上述速算法，如有错误，欢迎打脸！！！)

我们在源码以及常见算法中位移运算是非常常见的，一位Java程序员掌握位运算也是很有必要的。这对我们算法，源码理解都非常有帮助！

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