移位操作符也操纵二进制位,它们只能用来处理基本类型里的整数类型。左移位操作符(<<)会将操作符左侧的操作数向左移动,移动的位数在操作符右侧指定(低位补 0)。“有符号” 的右移位操作符(>>)则按照操作符右侧指定的位数将操作符左侧的操作数向右移动。“有符号” 的右移位操作符使用了 “符号扩展”:如果符号为正,则在高位插入 0,否则在高位插入 1。Java 还新增加了一种 “无符号” 的右移位操作符(>>>),它使用 “零扩展”:无论符号为正还是为负,都在高位插入 0。这一操作符是 C 或 C++ 中所没有的。
如果对 char、byte 或者 short 类型的数值进行移位运算,在移位操作前它们会被转换为 int 类型,并且结果也是 int 类型。右端的可移位数中只会用到低 5 位。这样可防止我们移位超过 int 型值所具有的位数。如果处理的是 long 类型,最后得到的结果也是 long 类型。此时只会用到右端指定移位数值的低 6 位,这样移位操作就不会超出 long 类型的最大位数。
移位操作符可以与等号组合使用( <<=、>>= 或 >>>= )。操作符左边的值会移动右边指定的位数,然后再将得到的结果赋给左边的变量。但 “无符号” 右移位操作符结合赋值操作符可能会遇到一个问题:如果对 byte 或 short 值进行移位运算,得到的可能不是正确的结果。它们会先被提升为 int 类型,进行右移操作,然后在被赋回给原来的变量时被截断,这时得到结果是 -1。下面是一个示例:
// operators/URShift.java
// 无符号右移测试
public class URShift {
public static void main(String[] args) {
int i = -1;
System.out.println(Integer.toBinaryString(i));
i >>>= 10;
System.out.println(Integer.toBinaryString(i));
long l = -1;
System.out.println(Long.toBinaryString(l));
l >>>= 10;
System.out.println(Long.toBinaryString(l));
short s = -1;
System.out.println(Integer.toBinaryString(s));
s >>>= 10;
System.out.println(Integer.toBinaryString(s));
byte b = -1;
System.out.println(Integer.toBinaryString(b));
b >>>= 10;
System.out.println(Integer.toBinaryString(b));
b = -1;
System.out.println(Integer.toBinaryString(b));
System.out.println(Integer.toBinaryString(b>>>10));
}
}
/* 输出:
11111111111111111111111111111111
1111111111111111111111
1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
111111111111111111111111111111111111111111111111111111
11111111111111111111111111111111
11111111111111111111111111111111
11111111111111111111111111111111
11111111111111111111111111111111
11111111111111111111111111111111
1111111111111111111111
*/
在最后一个移位运算中,结果没有赋回给 b,而是直接打印了出来,所以是正确的。
下面这个示例演示了所有涉及位操作的操作符:
// operators/BitManipulation.java
// 使用按位操作符
import java.util.*;
public class BitManipulation {
public static void main(String[] args) {
Random rand = new Random(47);
int i = rand.nextInt();
int j = rand.nextInt();
printBinaryInt("-1", -1);
printBinaryInt("+1", +1);
int maxpos = 2147483647;
printBinaryInt("maxpos", maxpos);
int maxneg = -2147483648;
printBinaryInt("maxneg", maxneg);
printBinaryInt("i", i);
printBinaryInt("~i", ~i);
printBinaryInt("-i", -i);
printBinaryInt("j", j);
printBinaryInt("i & j", i & j);
printBinaryInt("i | j", i | j);
printBinaryInt("i ^ j", i ^ j);
printBinaryInt("i << 5", i << 5);
printBinaryInt("i >> 5", i >> 5);
printBinaryInt("(~i) >> 5", (~i) >> 5);
printBinaryInt("i >>> 5", i >>> 5);
printBinaryInt("(~i) >>> 5", (~i) >>> 5);
long l = rand.nextLong();
long m = rand.nextLong();
printBinaryLong("-1L", -1L);
printBinaryLong("+1L", +1L);
long ll = 9223372036854775807L;
printBinaryLong("maxpos", ll);
long lln = -9223372036854775808L;
printBinaryLong("maxneg", lln);
printBinaryLong("l", l);
printBinaryLong("~l", ~l);
printBinaryLong("-l", -l);
printBinaryLong("m", m);
printBinaryLong("l & m", l & m);
printBinaryLong("l | m", l | m);
printBinaryLong("l ^ m", l ^ m);
printBinaryLong("l << 5", l << 5);
printBinaryLong("l >> 5", l >> 5);
printBinaryLong("(~l) >> 5", (~l) >> 5);
printBinaryLong("l >>> 5", l >>> 5);
printBinaryLong("(~l) >>> 5", (~l) >>> 5);
}
static void printBinaryInt(String s, int i) {
System.out.println(
s + ", int: " + i + ", binary:\n " +
Integer.toBinaryString(i));
}
static void printBinaryLong(String s, long l) {
System.out.println(
s + ", long: " + l + ", binary:\n " +
Long.toBinaryString(l));
}
}
/* 输出(前32行):
-1, int: -1, binary:
11111111111111111111111111111111
+1, int: 1, binary:
1
maxpos, int: 2147483647, binary:
1111111111111111111111111111111
maxneg, int: -2147483648, binary:
10000000000000000000000000000000
i, int: -1172028779, binary:
10111010001001000100001010010101
~i, int: 1172028778, binary:
1000101110110111011110101101010
-i, int: 1172028779, binary:
1000101110110111011110101101011
j, int: 1717241110, binary:
1100110010110110000010100010110
i & j, int: 570425364, binary:
100010000000000000000000010100
i | j, int: -25213033, binary:
11111110011111110100011110010111
i ^ j, int: -595638397, binary:
11011100011111110100011110000011
i << 5, int: 1149784736, binary:
1000100100010000101001010100000
i >> 5, int: -36625900, binary:
11111101110100010010001000010100
(~i) >> 5, int: 36625899, binary:
10001011101101110111101011
i >>> 5, int: 97591828, binary:
101110100010010001000010100
(~i) >>> 5, int: 36625899, binary:
10001011101101110111101011
...
*/
程序末尾有两个方法:printBinaryInt() 和 printBinaryLong()。它们分别接受 int 类型和 long 类型的参数,然后输出其二进制格式,并附有说明文字。上面的示例不但演示了 int 和 long 的所有按位操作,还展示了 int 和 long 的最小值、最大值、正 1 值和负 1 值的二进制形式,这样你就可以了解它们大概的样子。注意最高位表示符号:0 表示正,1 表示负。可以参考上面示例中int部分的输出。
数字的二进制表示形式被称为 “有符号的二进制补码”。