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Java教程：3种位移运算符详解

Java移位运算符不外乎就这三种：<<（左移）、>>（带符号右移）和>>>（无符号右移）。

左移运算符<<使指定值的所有位都左移规定的次数。

1）它的通用格式如下所示：

value<<num

num指定要移位值value移动的位数。

左移的规则只记住一点：丢弃最高位，0补最低位

如果移动的位数超过了该类型的最大位数，那么编译器会对移动的位数取模。如对int型移动33位，实际上只移动了33%32=1位。

2）运算规则

按二进制形式把所有的数字向左移动对应的位数，高位移出(舍弃)，低位的空位补零。

当左移的运算数是int类型时，每移动1位它的第31位就要被移出并且丢弃；

当左移的运算数是long类型时，每移动1位它的第63位就要被移出并且丢弃。

当左移的运算数是byte和short类型时，将自动把这些类型扩大为int型。

3）数学意义

在数字没有溢出的前提下，对于正数和负数，左移一位都相当于乘以2的1次方，左移n位就相当于乘以2的n次方

4）计算过程：

例如：3<<2(3为int型)

1）把3转换为二进制数字00000000000000000000000000000011，

2）把该数字高位(左侧)的两个零移出，其他的数字都朝左平移2位，

3）在低位(右侧)的两个空位补零。则得到的最终结果是00000000000000000000000000001100，

转换为十进制是12。

移动的位数超过了该类型的最大位数，

如果移进高阶位（31或63位），那么该值将变为负值。下面的程序说明了这一点：

Java代码收藏代码

该程序的输出如下所示：

注：n位二进制，最高位为符号位，因此表示的数值范围-2^(n-1)——2^(n-1)-1,所以模为2^(n-1)。

右移运算符<<使指定值的所有位都右移规定的次数。

1）它的通用格式如下所示：

value>>num

num指定要移位值value移动的位数。

右移的规则只记住一点：符号位不变，左边补上符号位

2）运算规则：

按二进制形式把所有的数字向右移动对应的位数，低位移出(舍弃)，高位的空位补符号位，即正数补零，负数补1

当右移的运算数是byte和short类型时，将自动把这些类型扩大为int型。

例如，如果要移走的值为负数，每一次右移都在左边补1，如果要移走的值为正数，每一次右移都在左边补0，这叫做符号位扩展（保留符号位）（signextension），在进行右移

操作时用来保持负数的符号。

3）数学意义

右移一位相当于除2，右移n位相当于除以2的n次方。

4）计算过程

11>>2(11为int型)

1)11的二进制形式为：00000000000000000000000000001011

2)把低位的最后两个数字移出，因为该数字是正数，所以在高位补零。

3)最终结果是00000000000000000000000000000010。

转换为十进制是2。

35>>2(35为int型)

35转换为二进制：00000000000000000000000000100011

把低位的最后两个数字移出：00000000000000000000000000001000

转换为十进制：8

5）在右移时不保留符号的出来

右移后的值与0x0f进行按位与运算，这样可以舍弃任何的符号位扩展，以便得到的值可以作为定义数组的下标，从而得到对应数组元素代表的十六进制字符。

例如Java代码

所以，该程序的输出如下：

无符号右移运算符>>>

它的通用格式如下所示：

value>>>num

num指定要移位值value移动的位数。

无符号右移的规则只记住一点：忽略了符号位扩展，0补最高位

无符号右移运算符>>>只是对32位和64位的值有意义

Java 中的移位运算符（Shift Operator）

针对移位（Shift Operator）操作符是最基本的操作符之一，几乎每种编程语言都包含这一操作符。

同时我们对移位运算又会觉得比较陌生和困惑，这是因为移位运算除了在 JDK 底层你会遇到不少，还有就是在各种奇葩的面试题会遇到一些，在实际使用的时候，这个运算其实很难用得上。

因为用得不多，所以在大部分人的面对的代码情况下，根本不会考虑移位运算，所以对移位运算我们大致知道下就可以了，至于如何奇葩的运算，你只知道一些基本概念就行，其实很多时候并不需要你直接用移位运算算出来。

针对移位运算，我们需要了解有几个基本概念。

Java 只有 3 个移位运算符， << （左移）、 >> （带符号右移）和 >>> （无符号右移）。

为什么有 3 个，移位运算不是左就是右，为什么有 3 个？

因为 Java 的整数是有符号的整数，所以针对符号转换 Java 添加了一个无符号右移。

Java 的移位运算，不能用于浮点数，只能用于整数。

因为 Java 可以处理整数的长度不一样，所以移位运算只会用在 int 上，虽然其他数据类型也可以用，但是都是在转换成 int 后进行计算的。

在 Java 的整数 int 表达中，其中有一个位留给了符号位置，所以真正可以存储数据的位为 31 位。

因此，Int 的存储范围为：[-2^31,2^31-1]，所以上面的指数为 31， 而不是 32 的原因是其中有一位留给了符号位。

左移操作符 << 是将数据转换成二进制数后，向左移若干位，高位丢弃，低位补零 。

如下面的代码：

程序的输出为：

因为都在末尾补 0 ，所以在范围内，不管你是左移 1 位还是超过 1 位，都是等于 10 进制的数乘以 2。

Java中整型表示负数时，最高位为符号位，正数为0 ，负数为1 。

>> 是带符号的右移操作符，将数据转换成二进制数后，向右移若干位，高位补符号位，低位丢弃 。

对于正数作右移操作时，具体体现为高位补0 ；负数则补1

这个主要是针对右移动的时候高位出现空白，我们应该还是补 0 还是 1 的问题。

带符号的右移意思就是：当高位出现空白的时候，我们补符号位，根据当前的数据不同而不同。

如下面的代码：

运行结果为：

我们可以看到上面的移位为带有符号的移位置，所有移动的高位在负数的时候都被补充为符号位了。

如果是负数的话，就会补充为 1 。

无符号右移操作符 >>> 与>> 类似，都是将数据转换为二进制数后右移若干位，不同之处在于，不论负数与否，结果都 是高位补零，低位丢弃 。

这个操作符的计算对负数的计算会因为补位的不同而变成整数。

如下面的代码。

程序输出如下：

从上面的代码输出中，我们会发现对应的 2 进制长度不一样，因为在 Java 程序中对于二进制，前面为 0 的时候，在输出的时候会进行丢弃的。

所以显示的长度不一样，如果希望显示长度一致的话，前面补 0 就可以了。

详解Java里的位运算

在计算机中所有数据都是以二进制的形式储存的。位运算其实就是直接对在内存中的二进制数据进行操作，因此处理数据的速度非常快。

符号位：二进制数最高位表示符号位，0表示正数，1表示负数。 原码：整数的二进制数。 反码：符号位不变，其余部分取反。 补码：原码取反+1，符号位不变。或者说反码+1，符号位不变。 负数的原码即为：正数的原码取反，再加1，即正数的补码就是负数的原码。 比如11和-11 11的原码：00000000 00000000 00000000 00001011 11的反码：01111111 11111111 11111111 11110100 11的补码：01111111 11111111 11111111 11110101

-11的原码：11111111 11111111 11111111 11110101

位操作符分为两类： 1.按位操作符 2.移位操作符

1.按位“与”操作符（&）

解释：对两个整数的二进制形式逐位进行逻辑与 运算

如果两个输入位都是1，那么按位“与”（&）操作就会生成一个输出位1，否则生成一个输出位0。

4&-5分析： 4的二进制：00000000 00000000 00000000 00000100 -5的二进制：11111111 11111111 11111111 11111011 所以4&-5的二进制为 00000000 00000000 00000000 00000000 转换为10进制为0。 所以4&-5=0;

2.按位“或”操作符（|）

解释:对两个整数的二进制形式逐位进行逻辑或运算。

如果两个输入位都是1，那么按位“或”（|）操作符生成一个输出位1，只有两个输入位都是0的情况下，才会生成一个输出位0。

同样以4|-5为例： 4|-5： 4的二进制：00000000 00000000 00000000 00000100， -5的二进制：11111111 11111111 11111111 11111011， 逐位进行逻辑或运算：11111111 11111111 11111111 11111111，即得到-1. 3.按位“异或”操作符（^） 解释:对两个整数的二进制形式逐位进行逻辑异或运算。 如果输入位的某一个是1，但不全都是1，那么按位“异或”（^）操作，生成一个输出位1。

4^-5： 4的二进制：00000000 00000000 00000000 00000100， -5的二进制：11111111 11111111 11111111 11111011， 逐位进行逻辑异或运算：11111111 11111111 11111111 11111111，即得到-1.

4.按位非（~） 解释:对两个整数的二进制形式逐位进行取反。 按位非（~）操作符，也称为取反操作符。它属于一元操作符，只对一个数进行操作（其他按位操作符是二元操作符），按位“非”生成与输入位相反的值，若输入0，则输出1；若输入1，则输出0。

4的二进制形：00000000 00000000 00000000 00000100，逐位取反后得11111111 11111111 11111111 11111011,即为-5。

1.左移位操作符（<<）

例如：4<<2 4的二进制形式: 00000000 00000000 00000000 00000100,进行左位移2位,得到00000000 00000000 00000000 00001000,即为16.

10737418<<8 10737418二进制表示形式:00000000 10100011 11010111 00001010，进行左位移2位,得到10100011 11010111 00001010 00000000，即为:-1546188288.

2.有符号右位移操作符（>>）

m>>n的含义:把整数m表示的二进制数右移n位,m为正数，高位全部补0；m为负数，高位全部补1。 例如 4>>2 4的二进制形式: 00000000 00000000 00000000 00000100,进行右位移2位，得到00000000 00000000 00000000 00000000,即为1. -4>>2剖析： -4二进制形式: 11111111111111111111111111111100,右移2位，得到11111111 11111111 11111111 11111111,即为-1.

PS:每 个整数表示的二进制都是32位的，如果右移32位和右移0位的效果是一样的。依次类推，右移32的倍数位都一样。相当于整体全移。与移0位相同。左移也是一样的。

3.无符号右移操作符（>>>）

m>>>n：整数m表示的二进制右移n位，不论正负数，高位都补零。

例如： 4>>>2： 4二进制形式: 00000000 00000000 00000000 00000100,右移两位，得到00000000 00000000 00000000 00000001,即为1。

-4>>>2： -4二进制形式: 11111111111111111111111111111100,右移两位，得到00111111 11111111 11111111 11111111,即为1073741823.

备注

对于移位操作符如果n为负数:这时JVM会先让n对32取模，变成一个绝对值小于32的负数，然后再加上32，直到 n 变成一个正数。 例如： 4<<-10 4的二进制形式:00000000 00000000 00000000 00000100,-10对32取模再加上32，不用说了，得到22，则4<<-10，即相当于4<<22。 此时按照再左移22位，得到00000001 00000000 00000000 00000000，得到的即为：16777216。

4.其他非整型数值位移处理 如果对char,byte或者short类型的数值进行位移处理，那么在移位之前会，它们会被转为int类型，并且得到的结果也是int类型的值。只有数值有段的低5位才有用。这样可以防止我们移位超过int型所具有的位数。（2的5次方等于32,int只有32位）。

“移位”可以与“等号”（<<=或>>=或>>>=组合使用）。此时，操作符左边的值会移动指定的位数，然后将结果复制给左边的变量。但在进行“无符号”右移位集合结合赋值操作时，会出现一个问题：如果对byte或short值进行这样的移位运算，得到的可能不是正确的结果。它们会先被转成int类型，然后进行右移操作，然后被截断，再赋值给原来的类型。 例如：

输出的结果为 -4 -4 508 这说明了在操作a <<= 2 执行过程是这样的：先将 byte型的数 127变成int型，左移2位得到 508，然后把508赋给byte型变量a时只是简单地”折断”(truncate)得到数-4。编译时编译器不会提示你可能损失精度（实际上在本例中确实是损失精度了）。

本文作者及来源:Renderbus瑞云渲染农场https://www.renderbus.com