位与运算符(&)
运算规则:两个数都转为二进制,然后从高位开始比较,如果两个数都为1则为1,否则为0。
比如:129&128
129转换成二进制就是10000001,128转换成二进制就是10000000。从高位开始比较得到,得到10000000,即128.
先看个例子:
public class Test {
public static void main(String[] args) {
byte[] a = new byte[10];
a[0]= -127;
System.out.println(a[0]);
int c = a[0]&0xff;
System.out.println(c);
}
}
我先打印a[0]
,在打印a[0]&0xff
后的值,本来结果应该都是-127
.
但是结果真的是出人意料
-127
129
到底是为什么呢?&0xff反而不对了。
在学计算机原理的时候,计算机内的存储都是利用二进制的补码进行存储的。
复习一下,原码反码补码这三个概念
- 对于正数(00000001)原码来说,首位表示符号位,反码,补码都是本身
- 对于负数(100000001)原码来说,反码是对原码除了符号位之外作取反运算即(111111110),补码是对反码作+1运算即(111111111)
即:
- 正数存储的二进制原码,
- 负数存储的是二进制的补码。补码是负数的绝对值反码加1。
当将-127
赋值给a[0]
时候,a[0]作为一个byte类型,其计算机存储的补码是10000001(8位)。
-127 |
二进制 | 描述 |
---|---|---|
原码 | 1111 1111 | |
反码 | 1000 0000 | 高位不变,0变1,1变0 |
补码 | 1000 0001 | 反码 + 1 |
将 a[0] 作为int类型向控制台输出的时候,jvm作了一个补位的处理,因为int类型是32位所以补位后的补码就是1111111111111111111111111 10000001
(32位),这个32位二进制补码表示的也是-127
。
-127 |
二进制 | 描述 |
---|---|---|
8位补码 | 1000 0001 | 反码 + 1 |
32位补码 | 11111111 11111111 11111111 10000001 | 高位补1 |
但是我做byte->int
的转化的时候,只是为了保持十进制的一致性吗?
不一定吧?好比我们拿到的文件流转成byte数组,难道我们关心的是byte数组的十进制的值是多少吗?我们关心的是其背后二进制存储的补码
吧
所以大家应该能猜到为什么byte类型的数字要&0xff
再赋值给int类型,其本质原因就是想保持二进制补码的一致性。
因为当byte要转化为int的时候,高的24位必然会补1,这样,其二进制补码其实已经不一致了,&0xff
可以将高的24位置为0,低8位保持原样。这样就保证了二进制数据的一致性。
当然,保证了二进制数据性的同时,如果二进制被当作byte和int来解读,其10进制的值必然是不同的,因为符号位位置已经发生了变化。
结论
所以c的输出的值就是129。有人问为什么上面的例子中a[0]
不是8位
而是32位
,因为当系统检测到byte可能会转化成int或者说byte与int类型进行运算的时候,就会将byte的内存空间高位补1(也就是按符号位补位)扩充到32位,再参与运算。
其实是从数字类型扩展到较宽的类型时,补零
扩展还是补符号位
扩展。
这是因为Java中只有有符号数,当byte扩展到short, int时,即正数都一样,因为为符号位是0,所以无论如何都是补零扩展;
但负数补零扩展和按符号位扩展结果完全不同。补符号数,原数值不变。
补零时,相当于把有符号数看成无符号数,比如-127 = 0x81,看成无符号数就是129, 256 + (- 127)
对于有符号数,从小扩展大时,需要用&0xff
这样方式来确保是按补零扩展。
而从大向小处理,符号位自动无效,所以不用处理。
也就是说在byte向int扩展的时候,自动转型是按符号位扩展的,这样子能保证十进制的数值不会变化,而&0xff保持低位不变,高位转化为0,这样子能保证二进制存储的一致性,但是十进制数值已经发生变化了。也就是说按符号位扩展能保证十进制数值不变,而&0xff能保证二进制存储不会变。而正数可以说是既按符号位扩展,又是补0扩展,所以在二进制存储和十进制数值上都能保证一致。