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[Java知识库]Java中的位运算

一、Java中支持的位运算

  • 位与(&):二元运算符,两个为1时结果为1,否则为0
  • 位或(|):二元运算符,两个其中有一个为1时结果就为1,否则为0
  • 位异或(^):二元运算符,两个数同时为1或0时结果为1,否则为0
  • 位取非(~):一元运算符,取反操作
  • 左移(<<):一元运算符,按位左移一定的位置。高位溢出,低位补符号位,符号位不变。
  • 右移(>>):一元运算符,按位右移一定的位置。高位补符号位,符号位不变,低位溢出。
  • 无符号右移(>>>):一元运算符,符号位(即最高位)保留,其它位置向右移动,高位补零,低位溢出

二、位运算规则

Java数值运算过程中都是先将十进制转换为二进制然后再进行运算,再把二进制数据转换为十进制展现给用户。二进制运算规则如下:

对于有符号的而言,

  • 最高位为符号位,0表示正数,1表示负数
  • 正数的原码,反码和补码都一样,三码合一
  • 负数的反码:符号位保持不限,其他位取反
  • 负数的补码:补码 + 1
  • 0的反码和补码都是0
  • 计算机的运算的时候,都是将原码转成补码进行运算

下面以 -1 为例子展示原码、反码和补码的转换关系(以int数据类型为例,int类型在Java中占4字节):
在这里插入图片描述

三、逻辑运算

1、与运算(&)

(1)运算规则

两个数相同位置的比特进行与运算,若两个位置均为1,那么结果就为1,否者为0。
在这里插入图片描述

(2)运算流程

以 4 & -5 = 0为例子展示运算流程:

1. 因为4为正数,所以原码和补码相同,即4的补码为:00000000 0000000 00000000 00000100

2.因为-5为负数,所以需要进行原码 >>> 反码 >>> 补码的转换
     1)原码:10000000 00000000 00000000 00000101
     2)反码:11111111 11111111 11111111 11111010
     3)补码:11111111 11111111 11111111 11111011

3.将4和-5的补码进行 & 运算:00000000 0000000 00000000 00000100
??? ??? ??? ??? ??? ??? ????11111111 11111111 11111111 11111011 ??? ??? &
??? ??? ??? ??? ??? ??? ?  00000000 00000000 00000000 00000000

4.得到的补码结果为:00000000 00000000 00000000 00000000。所以结果为0

(3)特殊用法

用来计算一个数的二进制数中有多少个1

    public int countOnes(int x) {
        int ones = 0;
        while (x > 0) {
            x &= (x - 1);
            ones++;
        }
        return ones;
    }

用来清0:

x&=0;

2、或运算(|)

(1)运算规则

两个数相同位置的比特进行或运算,若其中一个为1则结果为1,否个结果为0。
在这里插入图片描述

3、异或运算(^)

(1)运算规则

两个数相同位置的比特进行或运算,若两个数均为0或1,则结果为0,否者为1.
在这里插入图片描述

(2)特殊用法

  • 交换律:a ^ b ^ c <=> a ^ c ^ b

  • 任何数于0异或为任何数 0 ^ n => n

  • 相同的数异或为0: n ^ n => 0

基于此,我们可以算出这题https://leetcode-cn.com/problems/single-number/

给定一个非空整数数组,除了某个元素只出现一次以外,其余每个元素均出现两次。找出那个只出现了一次的元素。
说明:
你的算法应该具有线性时间复杂度。 你可以不使用额外空间来实现吗?

比如 int[] num = {4,1,2,1,2};
则:
4^1^2^1^2 <=> 1^1^2^2^4 <=> 0^0^4 <=> 4

class Solution {
    public int singleNumber(int[] nums) {
        int a = 0;
        for(int i=0;i<nums.length;i++){
            a^=nums[i];
        }
        return a;
    }
}

4、取反运算(~)

(1)运算规则

若位数为0,则取反后为1,若为1,取反后为0。
若位数为0,则取反后为1,若为1,取反后为0。

四、位移操作

1、左移(<<)

(1)运算规则

规则:符号位不变,高位溢出截断,低位补零。比如 -1 << 2 = -4 (为方便讲解,图示的补码为-1)
在这里插入图片描述

(2)特殊用法

左移一位,就相当于乘以2

int a=3;
a=a<<1;  // a=6;
a=a<<2;   // a=24;

2、右移(>>)

(1)运算规则

规则:符号位不变,低位溢出截断,高位用符号位填充。如:8 >> 2 = 2。
在这里插入图片描述

(2)特殊用法

右移一位,就相当于除以2

3、无符号右移(>>>)

(1)运算规则

规则:高位填充0,低位溢出。如-1>>>1=2147483647
在这里插入图片描述
https://www.cnblogs.com/rainple/p/15906557.html

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加:2022-05-05 11:04:09  更:2022-05-05 11:05:51 
 
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