Java位运算符（位逻辑运算符+位移运算符）

Java 语言中的位运算符分为两大类：位逻辑运算符和位移运算符。

位运算符如下表所示：

表 1 位运算符

运算符	含义	举例
&	与	a & b
|	或	a | b
~	取反	~a
^	异或	a ^ b
<<	左移位	a << 2
>>	右移位	b >> 4
>>>	无符号右移位	x >>> 2

下面分别对位逻辑运算符和位移运算符予以介绍。

位逻辑运算符

位逻辑运算符包括 &、|、^ 和 ~，其运算结果如下表所示。

表 2 位逻辑运算符的运算结果

A	B	A & B	A | B	A^B	~A
0	0	0	0	0	1
1	0	0	1	1	0
0	1	0	1	1	1
1	1	1	1	0	0

参照上表来看一下这 4 个运算符的实际运算过程。

1）位逻辑与

实际上是将操作数转换成二进制表示方式，然后将两个二进制操作数对象从低位（最右边）到高位对齐，每位求与。若两个操作数对象同一位都为 1，则结果对应位为 1；否则结果对应位为 0。

例如，12 和 8经过位逻辑与运算后得到的结果是 8。

  0000 0000 0000 1100  （十进制数12的原码表示）
& 0000 0000 0000 1000  （十进制数8的原码表示）
  0000 0000 0000 1000  （十进制数8的原码表示）

2) 位逻辑或

实际上是将操作数转换成二进制表示方式，然后将两个二进制操作数对象从低位（最右边）到高位对齐，每位求或。若两个操作数对象同一位都为 0，则结果对应位为 0；否则结果对应位为 1。

例如，4 和 8 经过位逻辑或运算后的结果是 12：

  0000 0000 0000 0100  （十进制数4的原码表示）
| 0000 0000 0000 1000  （十进制数8的原码表示）
  0000 0000 0000 1100  （十进制数12的原码表示）

3) 位逻辑异或

实际上是将操作数转换成二进制表示方式，然后将两个二进制操作数对象从低位（最右边）到高位对齐，每位求异或。若两个操作数对象同一位不同，则结果对应位为 1；否则结果对应位为 0。

例如，31 和 22 经过位逻辑异或运算后得到的结果是 9：

  0000 0000 0001 1111  （十进制数31的原码表示）
^ 0000 0000 0001 0110  （十进制数22的原码表示）
  0000 0000 0000 1001  （十进制数9的原码表示）

4) 位逻辑取反

实际上是将操作数转换成二进制表示方式，然后将各位二进制位由 1 变为 0，由 0 变为 1。

例如，123 经过位逻辑取反运算后得到的结果是 -124：

~  0000 0000 0111 1011 （十进制数123的原码表示）
   1111 1111 1000 0100 （十进制数−124的原码表示）

&、| 和 ^ 也可以用于逻辑运算，运算结果如下表所示。

表 3 位逻辑运算符的运算结果

A	B	A & B	A | B	A ^ B
true	true	true	true	false
true	false	false	true	true
false	true	false	true	true
false	false	false	false	false

【实例】

public class BitwiseAnd {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 12; // 二进制: 1100
        int b = 7;  // 二进制: 0111
        int result = a & b; // 按位与的结果为 0100，即4
       
        System.out.println("按位与的结果: " + result);
    }
}

运行结果为：

按位与的结果: 4

实例中，我们对整数 a 和 b 进行按位与操作，比较每一位，只有当两位都为 1 时，结果位才为 1。

位移运算符

位移运算符有 3 个，分别是左移运算符 <<、右移运算符 >> 和无符号右移运算符 >>>。

在介绍位移运算符前，先来学习下什么是二进制数。

所谓二进制数，是指用 0 和 1 来表示的数。例如，十进制数 42 的二进制表示形式为 101010。那么，十进制数如何转换为二进制数呢？以十进制数 42 为例，将十进制数 42 转换成二进制数的过程如下图所示。


因为计算机内部表示数的字节单位是定长的，例如 8 位、16 位或 32 位，所以当二进制数的位数不够时，须在高位补零。十进制数 42 的二进制表示形式为 101010，如果计算机的字长是 8 位，那么 101010 的规范写法为 0010 1010。

如果把十进制数 −42 转换成二进制数，过程又是怎样的呢？先将对应的正整数转换成二进制数，再对二进制数取反，最后对结果加一，具体的转换过程如下图所示。


综上所述，十进制数 −42 的二进制表示形式为 1101 0110。

掌握“什么是二进制数”和“十进制数是如何转换为二进制数的”这两个内容后，再来学习下左移、右移和无符号右移这3种运算。

1) 左移运算

左移运算是将一个二进制操作数对象按指定的位数向左移，左边（高位端）溢出的位被丢弃，右边（低位端）的空位用 0 补充。左移 n 位相当于乘以 2n，如下图所示。


例如，short 型整数 9115 的二进制形式是 0010 0011 1001 1011，左移一位变成 18230，左移两位变成 36460，如下图所示。

2) 右移运算

右移运算是将一个二进制数按指定的位数向右移动，右边（低位端）溢出的位被丢弃，左边（高位端）用符号位补充，正数的符号位为 0，负数的符号位为 1。右移 n 位相当于除以 2n，如下图所示。


例如，short 型整数 9115 的二进制形式是 0010 0011 1001 1011，右移一位变成 4557，右移两位变成 2278，运算过程如下图所示。


short 型整数 -32766 的二进制形式是 0010 0011 1001 1011，右移一位变成 -16383，右移两位变成 -8192，运算过程如下图所示。

3) 无符号右移运算

无符号右移运算是将一个二进制的数按指定的位数向右移动，右边（低位端）溢出的位被丢弃，左边（高位端）一律用 0 填充，相当于除以 2 的幂。

例如 int 型整数 -32766 的二进制形式是 1111 1111 1111 1111 1000 0000 0000 0010，右移一位变成 2147467265，右移两位变成 1073733632，运算过程如下图所示。


【实例】使用位移运算符对变量进行位移运算

public class BitwiseShiftExample {
    public static void main(String[] args) {
        int number = 10; // 二进制表示为 1010
        int shift = 2; // 将数字左移2位

        // 左移操作后，二进制表示为 101000，即 40
        int result = number << shift;

        System.out.println("原始数字: " + number);
        System.out.println("左移 " + shift + " 位后的结果: " + result);
    }
}

运行结果为：

原始数字: 10
左移 2 位后的结果: 40