Java中的二進位及基本的位運算二進位是計算技術中廣泛採用的一種數制。二進位數據是用0和1兩個數位來表示的數。它的基數為2，進位規則是“逢二進一”，借位規則是“借一當二”，由18世紀德國數理哲學大師萊布尼茲發現。當前的電腦系統使用的基本上是二進位系統，數據在電腦中主要是以補碼的形式存儲的。計算 ...

Java中的二進位及基本的位運算

　　二進位是計算技術中廣泛採用的一種數制。二進位數據是用0和1兩個數位來表示的數。它的基數為2，進位規則是“逢二進一”，借位規則是“借一當二”，由18世紀德國數理哲學大師萊布尼茲發現。當前的電腦系統使用的基本上是二進位系統，數據在電腦中主要是以補碼的形式存儲的。電腦中的二進位則是一個非常微小的開關，用“開”來表示1，“關”來表示0。

　　那麼Java中的二進位又是怎麼樣的呢？讓我們一起來揭開它神秘的面紗吧。

一、Java內置的進位轉換

有關十進位轉為二進位，和二進位轉為十進位這種基本的運算方法這裡就不展開講了。

在Java中內置了幾個方法來幫助我們進行各種進位的轉換。如下圖所示（以Integer整形為例，其他類型雷同）：

1，十進位轉化為其他進位：

1 二進位：Integer.toHexString(int i);
2 八進位：Integer.toOctalString(int i);
3 十六進位：Integer.toBinaryString(int i);

2,其他進位轉化為十進位：

1 二進位：Integer.valueOf("0101",2).toString;
2 八進位：Integer.valueOf("376",8).toString;
3 十六進位：Integer.valueOf("FFFF",16).toString;

3,使用Integer類中的parseInt()方法和valueOf()方法都可以將其他進位轉化為10進位。

不同的是parseInt()方法的返回值是int類型，而valueOf()返回值是Integer對象。

二、基本的位運算

二進位可以和十進位一樣加減乘除，但是它還有更簡便的運算方式就是——位運算。比如在電腦中int類型的大小是32bit，可以用32位的二進位數來表示，所以我們可以用位運算來對int類型的數值進行計算，當然你也可以用平常的方法來計算一些數據，這裡我主要為大家介紹位運算的方法。我們會發現位運算有著普通運算方法不可比擬的力量。更多位運算應用請轉移到我下篇博文《神奇的位運算》

首先，看一下位運算的基本操作符：

優點：

特定情況下，計算方便，速度快，被支持面廣
如果用算數方法，速度慢，邏輯複雜
位運算不限於一種語言，它是電腦的基本運算方法

>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

（一）按位與&

兩位全為1，結果才為1

0&0=0；0&1=0；1&0=0；1&1=1

例如：51&5 即0011 0011 & 0000 0101 =0000 0001 因此51&5=1.

特殊用法

（1）清零。如果想將一個單元清零，即使其全部二進位位為0，只要與一個各位都是零的數值相與，結果為零。

（2）取一個數中指定位。

例如：設X=10101110，取X的低四位，用X&0000 1111=0000 1110即可得到。

方法：找一個數，對應x要取的位，該數的對應位為1，其餘位為零，此數與x進行“與運算”可以得到x中的指定位。

（二）按位或 |

只要有一個為1，結果就為1。

0|0=0； 0|1=1；1|0=1；1|1=1；

例如：51|5 即0011 0011 | 0000 0101 =0011 0111 因此51|5=55

特殊用法

常用來對一個數據的某些位置1。

方法：找到一個數，對應x要置1的位，該數的對應位為1，其餘位為零。此數與x相或可使x中的某些位置1。

（三）異或 ^

兩個相應位為“異”（值不同），則該位結果為1，否則為0

0^0=0; 0^1=1; 1^0=1; 1^1=0;

例如：51^5 即0011 0011 ^ 0000 0101 =0011 0110 因此51^5=54

特殊用法

（1） 與1相異或，使特定位翻轉

方法：找一個數，對應X要翻轉的位，該數的對應為1，其餘位為零，此數與X對應位異或即可。

例如：X=1010 1110，使X低四位翻轉，用X^0000 1111=1010 0001即可得到。

（2） 與0相異或，保留原值

例如：X^0000 0000 =1010 1110

（3）兩個變數交換值

1.藉助第三個變數來實現

C=A;A=B;B=C;

2.利用加減法實現兩個變數的交換

A=A+B;B=A-B;A=A-B;

3.用位異或運算來實現，也是效率最高的

原理：一個數異或本身等於0 ；異或運算符合交換律

A=A^B;B=A^B;A=A^B

（四）取反與運算~

對一個二進位數按位取反，即將0變為1，1變0

~1=0 ；~0=1

（五）左移<<

將一個運算對象的各二進位位全部左移若幹位（左邊的二進位位丟棄，右邊補0）

例如： 2<<1 =4 10<<1=100

若左移時捨棄的高位不包含1，則每左移一位，相當於該數乘以2。

例如：

11(1011)<<2= 0010 1100=22

11(00000000 00000000 00000000 1011)整形32bit

（六）右移>>

將一個數的各二進位位全部右移若幹位，正數左補0，負數左補1，右邊丟棄。若右移時舍高位不是1（即不是負數），操作數每右移一位，相當於該數除以2。

左補0還是補1得看被移數是正還是負。

例如：4>>2=4/2/2=1

-14（即1111 0010）>>2 =1111 1100=-4

（七）無符號右移運算>>>

各個位向右移指定的位數，右移後左邊空出的位用零來填充，移除右邊的位被丟棄。

例如：-14>>>2

（即11111111 11111111 11111111 11110010）>>>2

=(00111111 11111111 11111111 11111100)=1073741820

>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

上述提到的負數，他的二進位位表示和正數略有不同，所以在位運算的時候也與正數不同。

負數以其正數的補碼形式表示！

以上述的-14為例，來簡單闡述一下原碼、反碼和補碼。

原碼

一個整數按照絕對值大小轉化成的二進位數稱為原碼

例如：00000000 00000000 00000000 00001110 是14的原碼。

反碼

將二進位數按位取反，所得到的新二進位數稱為原二進位數的反碼。

例如：將00000000 00000000 00000000 00001110 每一位取反，

得11111111 11111111 11111111 11110001

註意：這兩者互為反碼

補碼

反碼加1稱為補碼

11111111 11111111 11111111 11110001 +1=

11111111 11111111 11111111 11110010

現在我們得到-14的二進位表示，現在將它左移

-14（11111111 11111111 11111111 11110010）<<2 =

11111111 11111111 11111111 11001000

=？

分析：這個二進位的首位為1，說明是補碼形式，現在我們要將補碼轉換為原碼（它的正值）

跟原碼轉換為補碼相反，將補碼轉換為原碼的步驟：

補碼減1得到反碼：（11000111）前24位為1，此處省略
反碼取反得到原碼（即該負數的正值）（00111000）
計算正值，正值為56
取正值的相反數，得到結果-56

結論：-14<<2 = -56

三、Java中進位運算

Java中二進位用的多嗎？

平時開發中“進位轉換”和“位操作”用的不多，Java處理的是高層。

在跨平臺中用的較多，如：文件讀寫，數據通信。

來看一個場景：

如果客戶機和伺服器都是用Java語言寫的程式，那麼當客戶機發送對象數據，我們就可以把要發送的數據序列化serializable，伺服器端得到序列化的數據之後就可以反序列化，讀出裡面的對象數據。

隨著客戶機訪問量的增大，我們不考慮伺服器的性能，其實一個可行的方案就是把伺服器的Java語言改成C語言。

C語言作為底層語言，反映速度都比Java語言要快，而此時如果客戶端傳遞的還是序列化的數據，那麼伺服器端的C語言將無法解析，怎麼辦呢？我們可以把數據轉為二進位（0，1），這樣的話伺服器就可以解析這些語言。

>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

Java中基本數據類型有以下四種：

Int數據類型：byte（8bit，-128~127）、short（16bit）、int（32bit）、long（64bit）
float數據類型：單精度（float，32bit ）、雙精度（double,64bit）
boolean類型變數的取值有true、false（都是1bit）
char數據類型：unicode字元，16bit

對應的類類型：

Integer、Float、Boolean、Character、Double、Short、Byte、Long

>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

（一）數據類型轉為位元組

例如：int型8143（00000000 00000000 00011111 11001111）

=>byte[] b=[-49,31,0,0]

第一個（低端）位元組：8143>>0*8 & 0xff=(11001111)=207（或有符號-49）

第二個（低端）位元組：8143>>1*8 &0xff=(00011111)=31

第三個（低端）位元組：8143>>2*8 &0xff=00000000=0

第四個（低端）位元組：8143>>3*8 &0xff=00000000=0

我們註意到上面的（低端）是從右往左開始的，那什麼是低端呢？我們從大小端的角度來說明。

小端法（Little-Endian）

低位位元組排放在記憶體的低地址端即該值的起始地址，高位位元組排位在記憶體的高地址端

大端法（Big-Endian）

高位位元組排放在記憶體的低地址端即該值的起始地址，低位位元組排位在記憶體的高地址端

為什麼會有大小端模式之分呢？

這是因為在電腦系統中，我們是以位元組為單位的，每個地址單元都對應著一個位元組，一個位元組為8bit。但是在C語言中除了8bit的char之外，還有16bit的short型，32bit的long型（要看具體的編譯器），另外，對於位數大於8位的處理器，例如16位或者32位的處理器，由於寄存器寬度大於一個位元組，那麼必然存在著一個如果將多個位元組安排的問題。因此就導致了大端存儲模式和小端存儲模式。例如一個16bit的short型x，在記憶體中的地址為0x0010，x的值為0x1122，那麼0x11為高位元組，0x22為低位元組。對於大端模式，就將0x11放在低地址中，即0x0010中，0x22放在高地址中，即0x0011中。小端模式，剛好相反。我們常用的X86結構是小端模式，而KEIL C51則為大端模式。很多的ARM，DSP都為小端模式。有些ARM處理器還可以由硬體來選擇是大端模式還是小端模式。

例如：32bit的數0x12 34 56 78（十二進位）

在Big-Endian模式CPU的存放方式（假設從地址0x4000開始存放）為

記憶體地址	0x4000	0x4001	0x4002	0x4003
存放內容	0x78	0x56	0x34	0x12

在Little-Endian模式CPU的存放方式（假設從地址0x4000開始存放）為

記憶體地址	0x4000	0x4001	0x4002	0x4003
存放內容	0x12	0x34	0x56	0x78

（二）字元串轉化為位元組

1.字元串->位元組數組

1 String s;
2 byte[] bs=s.getBytes();

2.位元組數組->字元串

1 Byte[] bs=new byte[int];
2 String s =new String(bs);或
3 String s=new String(bs,encode);//encode指編碼方式，如utf-8

>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

兩種類型轉化為位元組的方法都介紹了，下麵寫個小例子檢驗一下：

 1 public class BtyeTest {
 2     /*
 3      * int整型轉為byte位元組
 4      */
 5     public static byte[] intTOBtyes(int in){
 6         byte[] arr=new byte[4];
 7         for(int i=0;i<4;i++){
 8             arr[i]=(byte)((in>>8*i) & 0xff);
 9         }
10         return arr;
11     }
12     /*
13      * byte位元組轉為int整型
14      */
15     public static int bytesToInt(byte[] arr){
16         int sum=0;
17         for(int i=0;i<arr.length;i++){
18             sum+=(int)(arr[i]&0xff)<<8*i;
19         }
20         return sum;
21     }
22     public static void main(String[] args) {
23         // TODO Auto-generated method stub
24         byte[] arr=intTOBtyes(8143);
25         for(byte b:arr){
26             System.out.print(b+" ");
27         }
28         System.out.println();
29         System.out.println(bytesToInt(arr));
30         
31         //字元串與位元組數組
32         String str="雲開的立夏de博客園";
33         byte[] barr=str.getBytes();
34         
35         String str2=new String(barr);
36         System.out.println("字元串轉為位元組數組：");
37         for(byte b:barr){
38             System.out.print(b+" ");
39 
40         }
41         System.out.println();
42 
43         System.out.println("位元組數組換位字元串："+str2);
44         
45          
46     }
47 
48 }

運行結果：

結束語：最近偷懶了，沒有好好學習，好幾天沒寫文了，哎，還請大家多多監督！