深入学习java位运算的基础知识

相信大家和我一样，接触java这门语言的时候就听过java位运算的鼎鼎大名，当然也仅限于听说过。日常开发过程中使用过么？使用位运算的好处是什么？

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想要真正理解java位运算，首先要搞清楚，这个“位”代表的含义。

一切的起源：二进制

位：二进制位，简称“位”。是二进制记数系统中表示小于2的整数的符号，一般用1或 0表示，是具有相等概率的两种状态中的一种。二进制位的位数可表示一个机器字的字长，一个二进制位包含的信息量称为一比特（bit）。

举个栗子：
int占4个字节（byte）
1byte = 8bit
换算下来，一个int类型即占32bit
int i = 88; 这里的88为十进制，转换为二进制为：1011000，使用完整的32位表示即为：00000000 00000000 00000000 01011000

上文中的00000000 00000000 00000000
01011000即为十进制88转为二进制的 原码 ，与其相关的定义还有 反码和 补码

关于原码、反码和补码

在计算机内，有符号数有三种表示法：原码、反码以及补码。
原码：就是二进制定点表示法，即最高位为符号位，“0”正负“1”，其余位表示数值的大小。
反码：正数的反码与其原码相同；负数的反码是对正数逐位取反，符号位保持为1。
补码：正数的补码与其原码相同；负数的补码是在其反码的末位加1。

同样的，我们使用 “88” 举例说明原码、反码以及补码。

“88”的原码：00000000 00000000 00000000 01011000
“88”的反码：00000000 00000000 00000000 01011000
“88”的补码：00000000 00000000 00000000 01011000

对于负数 “-88”，其原码、反码以及补码如下：

“-88”的原码：10000000 00000000 00000000 01011000
“-88”的反码：11111111 11111111 11111111 10100111
“-88”的补码：11111111 11111111 11111111 10101000

为什么要使用补码？

简单来说，就是计算机计算减法时有各种不方便，于是发明了反码，结果发现反码也有缺陷（有两个零存在：“+0”和“-0”），进而发明了补码解决这个问题。

在计算机系统中，数值一律用补码来表示和存储。原因在于，使用补码，可以将符号位和数值域统一处理；同时，加法和减法也可以统一处理。此外，补码与原码相互转换，其运算过程是相同的，不需要额外的硬件电路。

有关补码的意义及作用在上面的链接里讨论的非常详尽，我这里就不班门弄斧了，理解就好～

对原码、反码以及补码有一个初步的认知后，我们接下来再看位运算就会清晰很多。

关于位运算

关于位运算，这里运用哲学上三个究极问题试图讲解清楚位运算究竟是何方神圣：什么是位运算？位运算的作用？位运算有什么优势？

什么是位运算

程序中的所有数在计算机内存中都是以二进制的形式储存的。位运算就是直接对整数在内存中的二进制位进行操作。比如，and运算本来是一个逻辑运算符，但整数与整数之间也可以进行and运算。举个例子，6的二进制是110，11的二进制是1011，那么6 and 11的结果就是2，它是二进制对应位进行逻辑运算的结果（0表示False，1表示True，空位都当0处理）。

下表列出了位运算符的基本运算（A = 8, B = 9）

位运算的作用及优势

我尝试脱离实际应用场景描述清楚位运算的作用及优势，然后发现脱离实际讲应用是件非常困难的事情，其难度不亚于买彩票。所以这里结合Android原码中的MeasureSpec类来描述位运算的作用和优势。
熟悉Android View体系的小伙伴应该都对MeasureSpec不陌生。不熟悉的请自行Google，不然下面你看起来可能就会有些云里雾里。我们来看它的代码：

public static class MeasureSpec {
private static final int MODE_SHIFT = 30;
private static final int MODE_MASK = 0x3 << MODE_SHIFT;
public static final int UNSPECIFIED = 0 << MODE_SHIFT;
public static final int EXACTLY = 1 << MODE_SHIFT;
public static final int AT_MOST = 2 << MODE_SHIFT;
public static int makeMeasureSpec(int size, int mode) {
if (sUseBrokenMakeMeasureSpec) {
return size + mode;
} else {
return (size & ~MODE_MASK) | (mode & MODE_MASK);
}
}
public static int getMode(int measureSpec) {
return (measureSpec & MODE_MASK);
}
public static int getSize(int measureSpec) {
return (measureSpec & ~MODE_MASK);
}
}

代码不难理解，上面就运用了很多位运算。我们都知道MeasureSpec是用来操作View的测量模式以及测量大小的。这个测量模式和测量大小在系统中使用一个32位的int类型的参数表示。如果让我们自己去实现这样一个操作测量模式和测量大小的类，我们大概会这么写：

public class MeasureSpec{
public static final int UNSPECIFIED = 0;
public static final int EXACTLY = 1;
public static final int AT_MOST = 2;
/**
* 测量模式
*/
private int mode;
/**
* 测量大小
*/
private int size;
public int getMode() {
return mode;
}
public void setMode(int mode) {
this.mode = mode;
}
public int getSize() {
return size;
}
public void setSize(int size) {
this.size = size;
}
}

然后每次对View进行操作的时候都会 new 一个MeasureSpec对象，对其的mode和size参数进行相应的操作。

这里原码就很巧妙的运用了位运算简化了相应的操作，使用32位的二进制来操作mode和size：高两位表示mode，低30位表示size，避免了频繁的创建对象，更省内存，让我等对位运算不了解的拍手称秒哇。

总结

不同于其他文章讲解位运算的概念，本文更侧重于运用位运算的作用及优势。前人筚路蓝缕，以启山林，以聪明才智发明了位运算这种简洁高效的运算符，希望你能理解并正确发挥其作用，走上人生的巅峰～

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持创新互联。