很多編程語言都有位運算符，Java語言也不例外。在Java語言中，提供了7種位運算符，分別是按位與（&）、按位或（|）、按位異或（^）、取反(~)、左移(<<)、帶符號右移(>>)和無符號右移(>>>)。這些運算符當中，僅有~是單目運算符，其他運算符均為雙目運算符。在講解這些運算符的使用之前，必須了解一個常識，那就是：位運算符是對long、int、short、byte和char這5種類型的數(shù)據(jù)進行運算的，我們不能對double、float和boolean進行位運算操作。下面就來詳細講解這7種位運算符的使用方法。
按位與運算符的寫法是一個”&”符號，與”不短路的邏輯與運算符”寫法是完全一樣的，但意義不同。邏輯與運算是對布爾型數(shù)據(jù)進行運算，而按位與運算是對二進制位上的數(shù)值進行計算。按位與運算符的運算規(guī)則如下圖所示：
運算規(guī)則總結成一句話就是：如果兩個二進制位上的數(shù)都是1，那么運算結果為1，其他情況運算結果均為0。下面舉例說明按位與運算符的運算過程，我們用數(shù)字5和6進行按位與運算。這個過程可以用下圖表示：
運算過程中，首先把5和6這兩個數(shù)字轉換為補碼，之后還要把這兩個數(shù)字按位對齊，然后一一把兩個相應的二進制位上的數(shù)字進行按位與運算，運算得到的二進制串就是最終的結果。按照補碼反向轉換為十進制數(shù)字的規(guī)則，可以計算出5&6的運算結果是4。在這里要提醒大家一句：進行位運算的時候，最左邊的符號位也是要參與運算的。
按位或運算符的寫法是一個”|”符號，與”不短路的邏輯或運算符”寫法相同，它的運算規(guī)則也很簡單，如下圖所示：
運算規(guī)則概括成比較好記的一句話就是：兩個二進制位上的數(shù)字如果都為0，那么運算結果為0，否則運算結果是1。同按位與運算一樣，符號位也要參與運算。下面我們還是用5和6為例來講解一下按位或的運算過程，如下圖所示：
首先還是把這兩個數(shù)字轉換成補碼形式，之后把相應的二進制位上的數(shù)字進行按位或運算：如果兩個二進制數(shù)都是0，計算結果為0，其他情況計算結果均為1。按照這個規(guī)則把每一位上的數(shù)字都計算一遍后，得到二進制的運算結果是111，這個運算結果轉換為十進制數(shù)是7。
按位異或運算符寫法是”^”，它的運算規(guī)則如下圖：
如上圖，運算規(guī)則為：兩個二進制位上的數(shù)字如果相同，則運算結果為0，如果兩個二進制位上的數(shù)字不相同，則運算結果為1。下面我們還是用5和6為例來講解一下異或的運算過程，如下圖：
首先還是把這兩個數(shù)字轉換成補碼形式，之后把相應的二進制位上的數(shù)字進行異或運算，如果對應的兩個二進制位上的數(shù)相同，計算結果為0，否則計算結果為1。按照這個規(guī)則把每一位上的數(shù)字都計算一遍后，得到二進制的運算結果是11，這個運算結果轉換為十進制數(shù)是3。
關于異或運算符，有很多非常有用的特性，我們在這里梳理總結一下。
Ⅰ、異或運算符滿足交換律
也就是說，a^b與b^a是等價的，雖然a和b交換了位置，但還是會運算出相同的結果。這個規(guī)律還可以推廣到N個操作數(shù)，也就是說，如果有N個變量都參與了異或運算，那么它們的位置無論如何交換，運算的結果都是相同的。
Ⅱ、任何兩個相同的數(shù)字進行異或操作，所得到的結果都必然為0
這個特性并不難理解，因為兩個相同的數(shù)字，換算成補碼后，每個二進制位上的數(shù)也都相同，這樣在進行異或運算時，按照運算規(guī)則，每個二進制位上得到的運算結果也都是0，這N個0所組成的二進制串就是數(shù)字0的補碼。我們可以利用這個特性快速的判斷兩個整數(shù)是否相同。另外，利用這個特性還可以實現(xiàn)內(nèi)存的快速清零操作，比如我們可以在代碼中寫上a=a^a;這條語句能快速的把變量a所占據(jù)的那幾個字節(jié)的內(nèi)存迅速清零。
Ⅲ、對于任意一個二進制位來說，這個位上的數(shù)與0進行異或運算，運算結果與這個二進制位上的數(shù)是相同的，而與1進行異或運算，結果與這個二進制位上的數(shù)字相反
注意，我們現(xiàn)在說的是二進制位上的數(shù)字，所謂相反不是說原來這個位上是1，運算結果是-1，而是說原來是1，運算結果為0，原來如果是0，運算結果是1，這才是此處所說的”相反”的概念。這個特性也非常好理解，小伙伴們一定要記住它，在以后進行一些位運算操作的時候經(jīng)常會用到這個特性。
Ⅳ、對于任何兩個整數(shù)a和b，a^b^b等于a
這個結論為什么成立呢？簡單說來，就是因為這個表達式中有b^b，而b^b的結果為0，前文已講過，任何一個數(shù)與0進行按位異或操作，結果仍然是這個數(shù)本身，所以，a^b^b等于a。這個特性在加密運算方面有著很普遍的應用。我們可以把a當作要加密的數(shù)據(jù)，而把b當作密鑰。a異或b就是把a用密鑰b進行了加密操作，當需要解密時，仍然以b作為密鑰，再進行一次異或就實現(xiàn)了解密。
這個特性還可以推出另外一個結論：對于任何兩個整數(shù)a和b，a^b^a等于b。我們能夠得到這個結論的原因也很簡單，就是因為按照交換律，a^b與b^a的運算結果是一樣的，所以a^b^a等價于b^a^a，這個表達式中出現(xiàn)了a^a，a^a的值也為0，所以整個表達式的其實就相當于b^0，最終結果還是b。
希望大家能夠牢記以上這些結論，在后續(xù)的文章中，會講解如何用這些結論去解決實際問題。
按位取反運算符寫法是”~”，它的運算規(guī)則是：對每個二進制位進行取反操作，所謂取反就是原來二進制位上如果是0，那么就變成1，反之，如果原來二進制位上是1，那么就變?yōu)?。取反運算符是一個單目運算符，所以只需要一個操作數(shù)就可以了。我們以數(shù)字5為例講解按位取反的運算過程：
首先把數(shù)字5轉換成補碼形式，之后把每個二進制位上的數(shù)字進行取反，如果是0就變成1，如果1就變成0，經(jīng)過取反后得到的二進制串就是運算結果，這個運算結果被還原為十進制數(shù)是-6。取反運算符的運算規(guī)則也非常容易理解，但是在這里老師需要提醒各位讀者注意：如果是對變量進行取反操作，那么經(jīng)過操作之后，變量的值并不會發(fā)生變化！為方便小伙伴們理解，請看下圖：
從程序運行的結果可以看出：輸出a的值還是5，這說明變量a經(jīng)過取反得到的那個-6并沒有被賦值到變量a中，通過這個例子可以證明，取反運算并沒有對變量重新賦值的功能，取反運算的結果只是臨時保存在操作數(shù)棧中，變量本身的值不會因取反操作而發(fā)生改變。
下面再來講解一下與位移相關的運算符。所謂”位移”就是指在內(nèi)存中對二進制串進行移動的操作。只要是移動操作，就必然會涉及到以下幾個問題，怎樣表示移動方向？怎樣表示移動的位數(shù)？移動之后空出來的二進制位用什么來填充？移動之后跑到原來內(nèi)存單元外面的那些數(shù)字怎么處理？符號位要不要跟著一起移動？這些問題都是我們學習位移操作要弄清楚的細節(jié)。各位小伙伴可以帶著這些問題來學習位移相關的運算符。與位移相關的運算符有三個，分別是左移(<<)、帶符號右移(>>)、無符號右移(>>>)。
左移運算符的寫法是”<<“，看上去向兩個向左的箭頭，表示要把二進制數(shù)據(jù)在內(nèi)存空間中向左邊移動。使用左移運算符時，把想進行位移操作的操作數(shù)放最左面，之后寫上左移運算符，在左移運算符的右邊寫上移動的位數(shù)。例如："5<<2"就表示對數(shù)字5進行左移2位的操作。下圖展示了進行左移操作之后，二進制串在內(nèi)存中是怎樣變化的：
可以看到這個二進制串在內(nèi)存中整體向左移動了兩位，那么最左邊的兩位就跑到內(nèi)存單元的外面去了，這兩位數(shù)字將會被舍棄，右邊空出的兩位用0補齊。
左移運算有乘以2的N次方的效果。一個數(shù)向左移動1位，就相當于乘以2的1次方，移動兩位就相當于乘以2的2次方，也就是乘以4。位移操作在實際運算時遠遠快于乘法操作，所以在某些對運算速度要求非常高的場合，可以考慮用左移代替乘以2的N次方的乘法操作。但是需要提醒大家注意三個細節(jié)：
首先：位移操作同取反操作一樣，并不能改變變量本身的值，所能改變的僅是存儲在操作數(shù)棧中那個數(shù)據(jù)的值,不理解這句話意思的小伙伴看下圖：
其次：當位移的位數(shù)很多時，導致最左邊的符號位發(fā)生變化，就不再具有乘以2的N次方的效果了。比如十進制的5轉換為補碼形式是：前面29個0最后3位是101，如果移動29位，那么最前面的符號位就變成了1，此時運算的結果就成為了一個負數(shù)，不再是5乘以2的29次方的乘法結果。
最后：對于byte/short/int三種類型的數(shù)據(jù)，Java語言最多支持31位的位移運算，對于long類型的數(shù)據(jù)而言，最多支持63位的位移運算。這可能是因為Java語言的設計者認為位移的偏移量已經(jīng)超過存儲數(shù)據(jù)本身的長度，沒有什么意義。小伙伴們可以試一下數(shù)字5左移32位是什么結果。
右移運算分為兩種，分別是帶符號右移和無符號右移。首先我們來說說帶符號右移運算符。帶符號右移運算符的寫法是”>>“，與左移運算符的方向恰好相反。所謂帶符號右移就是指當二進制串向右邊移動以后，左邊空出的位用”符號位上的數(shù)字”填充，說的更直白一點，如果是正數(shù)，二進制串右移的時候用0來填充左邊的空位，而對于負數(shù)而言，右移的時候用1來填充左邊的空位，如下圖：
從圖上可以清楚的看到帶符號右移操作在二進制串移動之后左邊空位是怎樣被填充的。之前強調(diào)過，左移操作具有乘以2的N次方的效果，其實帶符號右移也具有”類似”除以2的N次方的效果。請注意，這里說的是”類似”除以2的N次方的效果，為什么要加上”類似”兩個字呢？就是因為對于正數(shù)而言，帶符號右移之后產(chǎn)生的數(shù)字確實等于除以2的N次方，但是對于負數(shù)而言，帶符號右移是在除以2的N次方的結果之上還要減去1。比如對于正5，帶符號右移兩位的結果是1，而對于-5，帶符號右移兩位的結果是-2，也就是-5被2的2次方整除再減去1的結果。
帶符號右移的操作可以保證移動之前和移動之后數(shù)字的正負屬性不變，原來是正數(shù)，不管移動多少位，移動之后還是正數(shù)，原來是負數(shù)，移動之后還是負數(shù)。另外，我們還可以繼續(xù)深挖一下這個特性，從而得到一個結論：對于任何一個byte、short或者int類型的數(shù)據(jù)而言，帶符號右移31位之后，得到的必然是0或者是-1。對于long類型的數(shù)據(jù)而言，帶符號右移63位之后，得到的也必然是0或者是-1。能夠得出這個結論的依據(jù)也很簡單，就是因為對于byte、short和int類型的變量而言，如果是正數(shù)，帶符號右移31位之后產(chǎn)生的二進制串必然全部是0，轉換成對應的十進制數(shù)就是0；而對于負數(shù)而言，帶符號右移31位之后產(chǎn)生的二進制串必然全部是1，轉換成十進制數(shù)就是-1。對于long類型的數(shù)據(jù)，帶符號右移63位也具有相同效果。
前文已說過：右移運算分為兩種，分別是帶符號右移和無符號右移?，F(xiàn)在再來講解無符號右移。無符號右移運算符的寫法是”>>>”，比帶符號右移多了一個”>”。帶符號右移的運算規(guī)則與無符號右移的運算規(guī)則差別就在于：無符號右移在二進制串移動之后，空位由0來補充，與符號位是0還是1毫無關系，如下圖：
更多相關內(nèi)容：
java中有哪些運算符
java運算符優(yōu)先級是什么
以上圖片展示了無符號右移的運算規(guī)則。對于正數(shù)而言，無符號右移和帶符號右移沒有什么區(qū)別，而對于負數(shù)而言，經(jīng)過無符號右移會產(chǎn)生一個正數(shù)，因為最左邊的符號位被0填充了。
另外有需要云服務器可以了解下創(chuàng)新互聯(lián)scvps.cn，海內(nèi)外云服務器15元起步，三天無理由+7*72小時售后在線，公司持有idc許可證，提供“云服務器、裸金屬服務器、高防服務器、香港服務器、美國服務器、虛擬主機、免備案服務器”等云主機租用服務以及企業(yè)上云的綜合解決方案，具有“安全穩(wěn)定、簡單易用、服務可用性高、性價比高”等特點與優(yōu)勢，專為企業(yè)上云打造定制，能夠滿足用戶豐富、多元化的應用場景需求。
重慶分公司
重慶分公司
