Java의 바이너리 및 비트 연산에 대한 자세한 설명-java지도 시간-php.cn

Java의 이진 및 기본 비트 연산

　이진은 컴퓨팅 기술에서 널리 사용되는 숫자 시스템입니다. 바이너리 데이터는 0과 1의 두 자리 숫자로 표현되는 숫자입니다. 기본은 2이고, 캐리 규칙은 "2 대 1"이며, 빌림 규칙은 "1을 빌려서 2와 같다"입니다. 이는 18세기 독일의 수학 철학의 대가인 라이프니츠에 의해 발견되었습니다. 현재의 컴퓨터 시스템은 기본적으로 이진법을 사용하고 있으며, 데이터는 주로 2의 보수 코드 형태로 컴퓨터에 저장된다. 컴퓨터의 이진 시스템은 매우 작은 스위치로, "켜짐"은 1을 나타내고 "꺼짐"은 0을 나타냅니다.

　그렇다면 Java에서 바이너리는 어떤 모습일까요? 그 신비한 베일을 함께 밝혀봅시다.

1. Java에 내장된 기수 변환

10진수를 2진수로, 2진수를 10진수로 변환하는 기본적인 계산 방법은 여기서 다루지 않습니다.

Java에는 다양한 염기를 변환하는 데 도움이 되는 여러 메서드가 내장되어 있습니다. 아래 그림과 같이(정수 형태를 예로 들면 다른 유형도 동일함):

1, 십진수에서 다른 진수로 변환:

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);

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2, 다른 진수에서 십진수로 변환:

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;

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3, Integer를 사용하세요. 클래스의 parseInt() 메서드와 valueOf() 메서드 모두 다른 진수를 10진수로 변환할 수 있습니다.

parseInt() 메서드의 반환 값은 int 유형인 반면 valueOf()의 반환 값은 Integer 개체라는 차이점이 있습니다.

2. 기본 비트 연산

2진수는 10진수처럼 더하기, 빼기, 곱하기, 나누기를 할 수 있지만 더 간단한 연산 방법인 비트 연산도 있습니다. 예를 들어, 컴퓨터에서 int 유형의 크기는 32비트이므로 32비트 이진수로 표현할 수 있으므로 비트 연산을 사용하여 int 유형 값을 계산할 수 있습니다. 물론 일부를 계산하는 데 일반적인 방법을 사용할 수도 있습니다. 데이터, 여기서는 주로 비트 연산 방법을 소개합니다. 우리는 비트 연산이 일반적인 연산 방법과 비교할 수 없는 힘을 가지고 있다는 것을 알게 될 것입니다. 비트 연산에 대한 더 많은 응용을 보려면 다음 블로그 게시물 "Magic Bit Operations"로 이동하세요.

먼저 비트 연산의 기본 연산자를 살펴보겠습니다.

장점:

편리한 계산 및 빠른 속도 특정 상황에서는 널리 지원됩니다

산술 방법을 사용하면 느리고 논리적으로 복잡합니다

비트 작업은 하나의 언어에 국한되지 않고 컴퓨터의 기본 작업 방법입니다

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(1) 두 비트와 &

이 모두 1이면 결과는 1

0&0=0; 1&0=0; 1&1=1

예: 51&5는 0011 0011 & 0000 0101입니다. =0000 0001, 즉 51&5=1 .

특수 용도

(1) 지우기. 셀을 0으로 지우려면 모든 이진 비트가 0이더라도 비트가 모두 0인 값과 AND하면 결과는 0이 됩니다.

(2) 숫자에서 지정된 위치를 차지합니다.

예: X=10101110이라고 가정하고 X의 하위 4자리 숫자를 사용하여

방법: x에서 원하는 비트에 해당하는 숫자를 찾습니다. 숫자의 해당 비트는 1이고 나머지 비트는 0입니다. 이 숫자와 x에 대해 AND 연산을 수행하여 x에서 지정된 비트를 가져옵니다.

(2) Bitwise OR |

둘 중 하나가 1이면 결과는 1입니다.

0|0=0; 1|0=1; 1|1=1;

예: 51|5는 0000 0101 =0011 0111입니다.

특별한 사용법

은 데이터의 특정 위치에 1을 설정하는 데 자주 사용됩니다.

방법: 1로 설정할 x의 비트에 해당하는 숫자를 찾습니다. 숫자의 해당 비트는 1이고 나머지 비트는 0입니다. 이 숫자는 x를 기준으로 하거나 x의 일부 위치를 1로 설정합니다.

(3) XOR ^

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<<

将一个运算对象的各二进制位全部左移若干位（左边的二进制位丢弃，右边补0）

例如： 2<<1 =4 10<<1=100

若左移时舍弃的高位不包含1，则每左移一位，相当于该数乘以2。

例如：

11(1011)<<2= 0010 1100=22
       11(00000000 00000000 00000000 1011)整形32bit

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（六）右移>>

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

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（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

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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
=？

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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：-14<<2 = -56

三、Java中进制运算

Java中二进制用的多吗？

平时开发中“进制转换”和“位操作”用的不多，Java处理的是高层。

在跨平台中用的较多，如：文件读写，数据通信。

来看一个场景：

如果客户机和服务器都是用Java语言写的程序，那么当客户机发送对象数据，我们就可以把要发送的数据序列化serializable，服务器端得到序列化的数据之后就可以反序列化，读出里面的对象数据。

随着客户机访问量的增大，我们不考虑服务器的性能，其实一个可行的方案就是把服务器的Java语言改成C语言。

C语言作为底层语言，反映速度都比Java语言要快，而此时如果客户端传递的还是序列化的数据，那么服务器端的C语言将无法解析，怎么办呢？我们可以把数据转为二进制（0，1），这样的话服务器就可以解析这些语言。

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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();

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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);
        
         
    }

}

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