Java中的二進位及基本的位元運算
二進位是計算技術中廣泛採用的一種數制。二進位資料是用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。目前的電腦系統使用的基本上是二進位系統,資料在電腦中主要是以補碼的形式儲存的。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內建的進制轉換
有關十進制轉為二進制,和二進制轉為十進制這種基本的運算方法這裡就不展開講了。
在Java中內建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):
#1,十進位轉換為其他進位:
1 二进制:Integer.toHexString(int i); 2 八进制:Integer.toOctalString(int i); 3 十六进制:Integer.toBinaryString(int i);
2,其他進位轉換為十進位:
1 二进制:Integer.valueOf("0101",2).toString; 2 八进制:Integer.valueOf("376",8).toString; 3 十六进制:Integer.valueOf("FFFF",16).toString;
3,使用Integer類別中的parseInt()方法和valueOf()方法都可以將其他進位轉換為10進位。
不同的是parseInt()方法的回傳值是int類型,而valueOf()傳回值是Integer物件。
二、基本的位元運算
二進位可以和十進位一樣加減乘除,但是它還有更簡單的運算方式就是-位元運算。例如在計算機中int型別的大小是32bit,可以用32位的二進制數來表示,所以我們可以用位元運算來對int型別的數值進行計算,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。我們會發現位元運算有著普通運算方法不可比擬的力量。更多位元運算應用程式請轉移到我下篇部落格文章《神奇的位元運算》
首先,看一下位元運算的基本運算子:
##優點:
特定情況下,計算方便,速度快,被支援面廣
如果用算數方法,速度慢,邏輯複雜
位元運算不限於一種語言,它是電腦的基本運算方法
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(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。如果想要將一個單元清零,即使其全部二進位位元為0,只要與一個各位都是零的數值相與,結果為零。
(2)取一個數字中指定位元。
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)位元或 |######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######常用來對一個資料的某些位置1。 ######方法:求一個數,對應x要置1的位,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 ^###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ef2e0777a52d953702377063955bd7b8>
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
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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:-146b16d268a589aedbdf68e28c86e0345c>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
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
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(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(Little-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Little-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
1 String s; 2 byte[] bs=s.getBytes();
2.字节数组->字符串
1 Byte[] bs=new byte[int]; 2 String s =new String(bs);或 3 String s=new String(bs,encode);//encode指编码方式,如utf-8
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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:
public class BtyeTest { /* * int整型转为byte字节 */ public 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 */ public 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; } public 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); } }
以上是Java中關於二進位以及位元運算的詳解的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章!