java 是一种可以撰写跨平台应用软件的面向对象的程序设计语言,是由 Sun Microsystems 公司于 1995 年 5 月推出的 Java 程序设计语言和 Java 平台(即 JavaEE(j2ee), JavaME(j2me), JavaSE(j2se))的总称。
下面小编就为大家带来一篇详谈 Java 中的二进制及基本的位运算。小编觉得挺不错的,现在就分享给大家,也给大家做个参考。一起跟随小编过来看看吧
二进制是计算技术中广泛采用的一种数制。二进制数据是用 0 和 1 两个数码来表示的数。它的基数为 2,进位规则是 "逢二进一",借位规则是 "借一当二",由 18 世纪德国数理哲学大师莱布尼兹发现。当前的计算机系统使用的基本上是二进制系统,数据在计算机中主要是以补码的形式存储的。计算机中的二进制则是一个非常微小的开关,用 "开" 来表示 1,"关" 来表示 0。
那么 Java 中的二进制又是怎么样的呢?让我们一起来揭开它神秘的面纱吧。
一、Java 内置的进制转换有关十进制转为二进制,和二进制转为十进制这种基本的运算方法这里就不展开讲了。
在 Java 中内置了几个方法来帮助我们进行各种进制的转换。如下图所示(以 Integer 整形为例,其他类型雷同):
1,十进制转化为其他进制:2,其他进制转化为十进制:
- 二进制:Integer.toHexString(int i);
- 八进制:Integer.toOctalString(int i);
- 十六进制:Integer.toBinaryString(int i);
3,使用 Integer 类中的 parseInt() 方法和 valueOf() 方法都可以将其他进制转化为 10 进制。
- 二进制:Integer.valueOf("0101",2).toString;
- 八进制:Integer.valueOf("376",8).toString;
- 十六进制:Integer.valueOf("FFFF",16).toString;
不同的是 parseInt() 方法的返回值是 int 类型,而 valueOf() 返回值是 Integer 对象。
二、基本的位运算二进制可以和十进制一样加减乘除,但是它还有更简便的运算方式就是——位运算。比如在计算机中 int 类型的大小是 32bit,可以用 32 位的二进制数来表示,所以我们可以用位运算来对 int 类型的数值进行计算,当然你也可以用平常的方法来计算一些数据,这里我主要为大家介绍位运算的方法。我们会发现位运算有着普通运算方法不可比拟的力量。更多位运算应用请转移到我下篇博文《神奇的位运算》
首先,看一下位运算的基本操作符:
优点:特定情况下,计算方便,速度快,被支持面广
如果用算数方法,速度慢,逻辑复杂
位运算不限于一种语言,它是计算机的基本运算方法
>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
(一)按位与 &两位全为 1,结果才为 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。如果想将一个单元清零,即使其全部二进制位为 0,只要与一个各位都是零的数值相与,结果为零。
(2)取一个数中指定位。
例如:设 X=10101110,取 X 的低四位,用 X&0000 1111=0000 1110 即可得到。
方法:找一个数,对应 x 要取的位,该数的对应位为 1,其余位为零,此数与 x 进行 "与运算" 可以得到 x 中的指定位。
(二)按位或 |只要有一个为 1,结果就为 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
特殊用法常用来对一个数据的某些位置 1。
方法:找到一个数,对应 x 要置 1 的位,该数的对应位为 1,其余位为零。此数与 x 相或可使 x 中的某些位置 1。
(三)异或 ^两个相应位为 "异"(值不同),则该位结果为 1,否则为 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) 与 1 相异或,使特定位翻转方法:找一个数,对应 X 要翻转的位,该数的对应为 1,其余位为零,此数与 X 对应位异或即可。
例如:X=1010 1110,使 X 低四位翻转,用 X^0000 1111=1010 0001 即可得到。
(2) 与 0 相异或,保留原值例如:X^0000 0000 =1010 1110
(3)两个变量交换值1. 借助第三个变量来实现
C=A;A=B;B=C;
2. 利用加减法实现两个变量的交换
A=A+B;B=A-B;A=A-B;
3. 用位异或运算来实现,也是效率最高的
原理:一个数异或本身等于 0 ;异或运算符合交换律
A=A^B;B=A^B;A=A^B
(四)取反与运算~对一个二进制数按位取反,即将 0 变为 1,1 变 0
~1=0 ;~0=1
(五)左移 <<将一个运算对象的各二进制位全部左移若干位(左边的二进制位丢弃,右边补 0)
例如: 2<<1 =4 10<<1=100
若左移时舍弃的高位不包含 1,则每左移一位,相当于该数乘以 2。
例如:
11(1011)<<2= 0010 1100=22
11(00000000 00000000 00000000 1011) 整形 32bit
(六)右移 >>将一个数的各二进制位全部右移若干位,正数左补 0,负数左补 1,右边丢弃。若右移时舍高位不是 1(即不是负数),操作数每右移一位,相当于该数除以 2。
左补 0 还是补 1 得看被移数是正还是负。
例如:4>>2=4/2/2=1
-14(即 1111 0010)>>2 =1111 1100=-4
(七)无符号右移运算 >>>各个位向右移指定的位数,右移后左边空出的位用零来填充,移除右边的位被丢弃。
例如:-14>>>2
(即 11111111 11111111 11111111 11110010)>>>2
=(00111111 11111111 11111111 11111100)=1073741820
>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
上述提到的负数,他的二进制位表示和正数略有不同,所以在位运算的时候也与正数不同。
负数以其正数的补码形式表示!
以上述的 - 14 为例,来简单阐述一下原码、反码和补码。
原 码一个整数按照绝对值大小转化成的二进制数称为原码
例如:00000000 00000000 00000000 00001110 是 14 的原码。
反 码将二进制数按位取反,所得到的新二进制数称为原二进制数的反码。
例如:将 00000000 00000000 00000000 00001110 每一位取反,
得 11111111 11111111 11111111 11110001
注意:这两者互为反码
补 码反码加 1 称为补码
11111111 11111111 11111111 11110001 +1=
11111111 11111111 11111111 11110010
现在我们得到 - 14 的二进制表示,现在将它左移
-14(11111111 11111111 11111111 11110010)<<2 =
11111111 11111111 11111111 11001000
=?
分析:这个二进制的首位为 1,说明是补码形式,现在我们要将补码转换为原码(它的正值)
跟原码转换为补码相反,将补码转换为原码的步骤:
补码减 1 得到反码:(11000111)前 24 位为 1,此处省略
反码取反得到原码(即该负数的正值)(00111000)
计算正值,正值为 56
取正值的相反数,得到结果 - 56
结论:-14<<2 = -56
三、Java 中进制运算Java 中二进制用的多吗?
平时开发中 "进制转换" 和 "位操作" 用的不多,Java 处理的是高层。
在跨平台中用的较多,如:文件读写,数据通信。
来看一个场景:
如果客户机和服务器都是用 Java 语言写的程序,那么当客户机发送对象数据,我们就可以把要发送的数据序列化 seriapzable,服务器端得到序列化的数据之后就可以反序列化,读出里面的对象数据。
随着客户机访问量的增大,我们不考虑服务器的性能,其实一个可行的方案就是把服务器的 Java 语言改成 C 语言。
C 语言作为底层语言,反映速度都比 Java 语言要快,而此时如果客户端传递的还是序列化的数据,那么服务器端的 C 语言将无法解析,怎么办呢?我们可以把数据转为二进制(0,1),这样的话服务器就可以解析这些语言。
>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>Java 中基本数据类型有以下四种:
Int 数据类型:byte(8bit,-128~127)、short(16bit)、int(32bit)、long(64bit)
float 数据类型:单精度(float,32bit ) 、双精度(double,64bit)
boolean 类型变量的取值有 true、false(都是 1bit)
char 数据类型:unicode 字符,16bit
对应的类类型:
Integer、Float、Boolean、Character、Double、Short、Byte、Long
>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>(一)数据类型转为字节
例如:int 型 8143(00000000 00000000 00011111 11001111)
=>byte[] b=[-49,31,0,0]
第一个(低端)字节:8143>>0*8 & 0xff=(11001111)=207(或有符号 - 49)
第二个(低端)字节:8143>>1*8 &0xff=(00011111)=31
第三个(低端)字节:8143>>2*8 &0xff=00000000=0
第四个(低端)字节:8143>>3*8 &0xff=00000000=0
我们注意到上面的(低端)是从右往左开始的,那什么是低端呢?我们从大小端的角度来说明。
小端法(pttle-Endian)
低位字节排放在内存的低地址端即该值的起始地址,高位字节排位在内存的高地址端
大端法(Big-Endian)
高位字节排放在内存的低地址端即该值的起始地址,低位字节排位在内存的高地址端
为什么会有大小端模式之分呢?这是因为在计算机系统中,我们是以字节为单位的,每个地址单元都对应着一个字节,一个字节为 8bit。但是在 C 语言中除了 8bit 的 char 之外,还有 16bit 的 short 型,32bit 的 long 型(要看具体的编译器),另外,对于位数大于 8 位的处理器,例如 16 位或者 32 位的处理器,由于寄存器宽度大于一个字节,那么必然存在着一个如果将多个字节安排的问题。因此就导致了大端存储模式和小端存储模式。例如一个 16bit 的 short 型 x,在内存中的地址为 0x0010,x 的值为 0x1122,那么 0x11 为高字节,0x22 为低字节。对于大端模式,就将 0x11 放在低地址中,即 0x0010 中,0x22 放在高地址中,即 0x0011 中。小端模式,刚好相反。我们常用的 X86 结构是小端模式,而 KEIL C51 则为大端模式。很多的 ARM,DSP 都为小端模式。有些 ARM 处理器还可以由硬件来选择是大端模式还是小端模式。
例如:32bit 的数 0x12 34 56 78(十二进制)
在 Big-Endian 模式 CPU 的存放方式(假设从地址 0x4000 开始存放)为
内存地址 |
0x4000 |
0x4001 |
0x4002 |
0x4003 |
存放内容 |
0x78 |
0x56 |
0x34 |
0x12 |
在 pttle-Endian 模式 CPU 的存放方式(假设从地址 0x4000 开始存放)为
内存地址 |
0x4000 |
0x4001 |
0x4002 |
0x4003 |
存放内容 |
0x12 |
0x34 |
0x56 |
0x78 |
(二)字符串转化为字节
1. 字符串 -> 字节数组
- String s;
- byte[] bs = s.getBytes();
2. 字节数组 -> 字符串
>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
- Byte[] bs = new byte[int];
- String s = new String(bs);或String s = new String(bs, encode); //encode指编码方式,如utf-8
两种类型转化为字节的方法都介绍了,下面写个小例子检验一下:
- pubpc class BtyeTest {
- /*
- * int整型转为byte字节
- */
- pubpc static byte[] intTOBtyes(int in ) {
- byte[] arr = new byte[4];
- for (int i = 0; i < 4; i++) {
- arr[i] = (byte)(( in >>8 * i) & 0xff);
- }
- return arr;
- }
- /*
- * byte字节转为int整型
- */
- pubpc static int bytesToInt(byte[] arr) {
- int sum = 0;
- for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
- sum += (int)(arr[i] & 0xff) << 8 * i;
- }
- return sum;
- }
- pubpc static void main(String[] args) {
- // TODO Auto-generated method stub
- byte[] arr = intTOBtyes(8143);
- for (byte b: arr) {
- System.out.print(b + " ");
- }
- System.out.println();
- System.out.println(bytesToInt(arr));
- //字符串与字节数组
- String str = "云开的立夏de博客园";
- byte[] barr = str.getBytes();
- String str2 = new String(barr);
- System.out.println("字符串转为字节数组:");
- for (byte b: barr) {
- System.out.print(b + " ");
- }
- System.out.println();
- System.out.println("字节数组换位字符串:" + str2);
- }
- }
运行结果:
以上这篇详谈 Java 中的二进制及基本的位运算就是小编分享给大家的全部内容了,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持 PHPERZ。
来源: http://www.phperz.com/article/18/0106/356353.html