Java 移位运算详解(2进制+原码+反码+补码)
一、参考
二、简述
1、定义:
符号 | 名称 | 实际操作 | 简单记忆 |
---|---|---|---|
<< | 左移 | 2 进制左边补齐0位 | 乘以2的N次方 |
>> | 右移 | 2 进制右边减少位数 | 除以2的N次方(其实并非如此,要舍去小数点) |
>>> | 右移 | 2 进制右边0填充高位 | 除以2的N次方(其实并非如此,要舍去小数点) |
2、速度:机器码是二进制01运算的,移位速度最快了
3、适用场景:
3.1、编码:字符编码,音频编码,压缩编码,加密编码
3.2、网络协议
3.3、数据文件格式:BMP,WAV
3.4、精确的bit操作
三、实例
既然是移位运算,那么int值肯定是要转成2进制数字才能看的直观明白。
Integer.toBinaryString(int num); //用来看到二进制的值。
以下就准备用15这个数字进行举例,不理解进制转换的请复习以下基础知识
16进制 | 2进制 | 10进制 |
---|---|---|
0xF | 1111 | 15 |
1、正整数简单左移右移
移位 | 2进制 | 10进制 |
---|---|---|
15<<2 | 111100 | 60 |
15>>2 | 11 | 3 |
15>>>2 | 11 | 3 |
15>>4 | 0 | 0 |
15>>5 | 0 | 0 |
2、int型移位运算右边参数是需要进行模32的运算(取余数)
这个听起来有点拗口对不对,既然是移位运算,那肯定是对对象带有的bit进行操作,那么先看看对象的存储bit位,另外每个数字类型,最高位其实是符号位,0正数,1负数。
类型 | 存储需求 | 正数最大 | 值 |
---|---|---|---|
byte | 1个字节=8bit | 0111 1111 | 127 |
int | 4个字节=32bit | 0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 | 2147483647 |
// 和用二进制算的一样哦。
Integer.MAX_VALUE = 2147483647
// 看了表就很容易理解模32的运算
5<<1 = 5<<33 = 5<<(33%32) = 10
3、负数的移位运算
3.1、这个就略有复杂了,上面的例子中正数的位没有写全,其实
15 = 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111
3.2、这里需要理解,原码,反码,补码。有点长,直接贴代码了,中间有...是中间的bit位,不影响计算。
3.3、计算:原负数值->原码->反码->补码->移位=移位后的原码->反码->补码->移位后的数值
3.4、代码举例
//负数的移位运算
//-15 = whyA = 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0001
//-15<<2 = whyB = 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1100 0100 = -60
//-15>>2 = whyC = 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1100 = -4
//---------------------------------------------
//我去,上面整懵了,why? 接下来的就有点复杂了
//---------------------------------------------
//whyA的获得
//a、-15 原码 [1000 0000 ... 0000 1111]:最高位是符号位不动,其他和+15一样
//b、-15 反码 [1111 1111 ... 1111 0000]
//c、-15 补码 [1111 1111 ... 1111 0001] = whyA :补码的话如果是1需要进位的,后面也有
//---------------------------------------------
//whyB的获得
//d、-15 左移2位 原码 [1111 1111 ... 1100 0100]:以此为原码
//e、-15 左移2位 反码 [1000 0000 ... 0011 1011]
//f、-15 左移2位 补码 [1000 0000 ... 0011 1100] = -60 = whyB
//---------------------------------------------
//whyC的获得
//d、-15 右移2位 原码 [1111 1111 ... 1111 1100]:以此为原码
//e、-15 右移2位 反码 [1000 0000 ... 0000 0011]
//f、-15 右移2位 补码 [1000 0000 ... 0000 0100] = -4 = whyC
ComUtil.print("-15="+Integer.toBinaryString(-15)+
"\n-15<<2="+Integer.toBinaryString(-15<<2)+"="+(-15<<2)+
"\n-15>>2="+Integer.toBinaryString(-15>>2)+"="+(-15>>2)
);
4、速度分析
本以为:移位运算 > 整型运算 > 浮点运算
实际:WTF,各位大大能解释一下,为啥java中整型比移位要快,是我用的不对么?
//速度:(机器底层就是2进制1和0)移位>整型>浮点
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
//移位运算
int a = 1;
long start = System.currentTimeMillis();
for(int i=0;i<Integer.MAX_VALUE;i++){
a = a<<5;
}
long end = System.currentTimeMillis();
ComUtil.print("移位运算耗时:"+(end-start));//703
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
//整型计算
int b = 1;
long start = System.currentTimeMillis();
for(int i=0;i<Integer.MAX_VALUE;i++){
b = b*32;
}
long end = System.currentTimeMillis();
ComUtil.print("整形运算耗时:"+(end-start));//702
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
//浮点运算
float c = 1f;
long start = System.currentTimeMillis();
for(int i=0;i<Integer.MAX_VALUE;i++){
c = c*32;
}
long end = System.currentTimeMillis();
ComUtil.print("浮点运算耗时:"+(end-start));//3362
}
}).start();
至少,能看出移位和整型,比浮点快多了,对于复杂的循环计算有浮点的,可以按比例先换算成整型,最后再转成浮点型。
以上,就是个人对移位运算的理解,喜欢的点个呗。

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