Java中的位运算符：深入浅出，从原理到实践

2023-11-03 06:08:46

Java 中的位运算符主要分为两类：算术位移和逻辑位移。算术位移操作符包括 <<（向左移位）和 >>（向右移位），而逻辑位移操作符仅有 >>>（无符号右移）。

向左移位操作符将一个二进制数向左移动指定位数。例如，将数字 5 向左移动 2 位，结果为 20。这是因为 5 的二进制表示为 101，向左移动 2 位后变为 10100，其十进制表示为 20。

向右移位操作符将一个二进制数向右移动指定位数。有符号右移操作符 >> 会将最高有效位（MSB）复制到空出的位中，而无符号右移操作符 >>> 则会将空出的位填充为 0。

例如，将数字 20 向右移动 2 位，有符号右移的结果为 5（二进制表示为 00000101），而无符号右移的结果为 10（二进制表示为 00001010）。

2. 运算符：位与、位或和位异或

Java 中的另外三类位运算符是按位运算符，它们包括位与（&）、位或（|）和位异或（^）。

位与操作符对两个二进制数的每个位进行逻辑与运算，结果为 1 的位是两个二进制数中都为 1 的位，否则为 0。例如，对二进制数 1011 和 1100 进行位与运算，结果为 1000。

位或操作符对两个二进制数的每个位进行逻辑或运算，结果为 0 的位是两个二进制数中都为 0 的位，否则为 1。例如，对二进制数 1011 和 1100 进行位或运算，结果为 1111。

位异或操作符对两个二进制数的每个位进行逻辑异或运算，结果为 1 的位是两个二进制数中一个为 1 而另一个为 0 的位，否则为 0。例如，对二进制数 1011 和 1100 进行位异或运算，结果为 0111。

非运算符对一个二进制数的每个位进行逻辑非运算，结果为 1 的位是原二进制数中为 0 的位，否则为 0。例如，对二进制数 1011 进行非运算，结果为 0100。

位运算符在计算机科学中有着广泛的应用。它们常用于以下场景：

位掩码：位运算符可以用于设置或清除二进制数中的特定位。这在掩码操作中非常有用，例如，可以使用位与操作符将一个二进制数中的特定位设置为 0。
位字段：位运算符可以用于将多个相关位组合成一个字段。这在存储结构体和联合体时非常有用，因为可以将多个相关数据项打包成一个紧凑的二进制表示。
位操作：位运算符可以用于执行各种位操作，例如，可以使用位移操作符将一个二进制数左移或右移指定位数，可以使用按位运算符对两个二进制数进行逻辑与、或或异或运算。
加密和解密：位运算符可以用于实现简单的加密和解密算法。例如，可以使用位异或操作符将明文与密钥进行异或运算，得到密文，然后可以使用相同的密钥将密文与密钥进行异或运算，得到明文。