一、前言

當(dāng)涉及位操作和位級(jí)運(yùn)算時(shí)，Java 提供了一組特殊的運(yùn)算符，即左移（<<）和右移（>>）運(yùn)算符。這些運(yùn)算符與普通的算術(shù)和邏輯運(yùn)算符不同，它們操作的是數(shù)字的二進(jìn)制位。位操作是計(jì)算機(jī)底層編程中常用的技巧，能夠高效地執(zhí)行一些操作，如數(shù)值乘除以2的冪次方，處理標(biāo)志位，以及在一些位級(jí)編碼場景下進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

左移和右移運(yùn)算符用于將二進(jìn)制位向左或向右移動(dòng)指定的位數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)值的快速操作。左移操作將數(shù)值的二進(jìn)制表示向左移動(dòng)，等效于乘以2的冪次方，而右移操作將數(shù)值的二進(jìn)制表示向右移動(dòng)，等效于除以2的冪次方。這些運(yùn)算符在處理大數(shù)據(jù)集、位掩碼、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及嵌入式系統(tǒng)等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用。

然而，需要注意的是，位操作并不常見于一般的業(yè)務(wù)邏輯編程，而更多地出現(xiàn)在需要對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的底層系統(tǒng)級(jí)編程中。在使用位操作時(shí)，應(yīng)該清晰地理解位操作的語義，防止出現(xiàn)意外錯(cuò)誤。同時(shí)，要考慮到可讀性和代碼維護(hù)性，不應(yīng)濫用位操作，而是在合適的場景下使用，以提高代碼的效率和性能。

二、Java的左移、右移運(yùn)算符

• << 是左移；如：<<1就是左移一位；<<2就是左移兩位
• >>”是右移；如：>>1就是右移一位；>>2就是右移兩位

記憶技巧： 尖括號(hào)的方向朝向哪就是哪移。

左移就是將目標(biāo)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制后，從右向左移動(dòng)一位，右邊補(bǔ)零，左邊移除。

右移就是將目標(biāo)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制后，從左向右移動(dòng)一位，左邊補(bǔ)零，右邊移除。。

三、Java中左移、右移使用場景

可以代替乘(左移)和除(右移)，如下：

package zd.hjd.test.synchronizedtest;
public class MyTestMain {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(4*2);
        System.out.println(4<<1);
        System.out.println(4/2);
        System.out.println(4>>1);
    }
}

輸出結(jié)果：

8
8
2
2

四、使用左移、右移優(yōu)點(diǎn)和弊端

4.1 優(yōu)點(diǎn)

使用左移（<<）和右移（>>）的好處在于它們可以在某些情況下提供更高效的數(shù)值操作，特別是涉及到2的冪次方的操作。以下是一些使用左移右移的好處：

• 速度優(yōu)勢(shì)： 左移和右移操作是位級(jí)操作，它們?cè)诘讓又苯訉?duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行移動(dòng)，相比于使用乘除法運(yùn)算符，位移操作可以更快地完成數(shù)值的變換。這在一些需要高效計(jì)算的場景下尤為重要。
• 數(shù)值操作： 左移和右移可以用于實(shí)現(xiàn)數(shù)值的倍增或減少。例如，將一個(gè)數(shù)值左移n位，等效于將其乘以2的n次方；將一個(gè)數(shù)值右移n位，等效于將其除以2的n次方。
• 位掩碼操作： 在位掩碼操作中，可以使用左移來設(shè)置位，使用右移來讀取位。這在一些標(biāo)志位、開關(guān)狀態(tài)的處理中非常有用。
• 位級(jí)編碼： 在某些編碼和解碼場景下，需要將信息編碼到特定的位上，或者從特定位上解碼信息。左移和右移操作可以用于實(shí)現(xiàn)這種位級(jí)的數(shù)據(jù)處理。
• 嵌入式系統(tǒng)： 在嵌入式系統(tǒng)中，資源有限，效率至關(guān)重要。位移操作可以提供更緊湊和高效的代碼，減少資源消耗。

4.2 弊端

• 可讀性下降： 左移和右移操作對(duì)于非熟悉位操作的開發(fā)者來說可能不太直觀，代碼的可讀性可能會(huì)下降，使得代碼難以理解和維護(hù)。
• 位移越界： 在使用右移操作時(shí)，如果對(duì)有符號(hào)的整數(shù)進(jìn)行右移，可能會(huì)導(dǎo)致符號(hào)位擴(kuò)展，從而改變數(shù)值的意義。例如，對(duì)于負(fù)數(shù)的右移可能會(huì)導(dǎo)致意外的結(jié)果。
• 移位溢出： 如果使用左移操作將某個(gè)位移到超出數(shù)據(jù)類型的范圍，就會(huì)發(fā)生移位溢出，導(dǎo)致結(jié)果不正確。
• 代碼依賴于底層實(shí)現(xiàn)： 使用位操作可能會(huì)使代碼與底層硬件或編譯器的實(shí)現(xiàn)相關(guān)，導(dǎo)致代碼的可移植性下降。
• 復(fù)雜邏輯錯(cuò)誤： 如果沒有正確地處理邊界情況，可能會(huì)導(dǎo)致復(fù)雜的邏輯錯(cuò)誤，尤其是在涉及位級(jí)運(yùn)算的復(fù)雜算法中。
• 難以維護(hù)： 過度使用位操作可能使代碼變得難以理解和維護(hù)，特別是在邏輯復(fù)雜的情況下。
• 代碼不易調(diào)試： 位操作可能會(huì)導(dǎo)致一些難以調(diào)試的問題，因?yàn)樗鼈兩婕暗讓游患?jí)表示，而不是更常見的數(shù)值操作。

五、使用左移、右移注意事項(xiàng)

1.帶符號(hào)左移需要考慮移動(dòng)后數(shù)字變?yōu)樨?fù)數(shù)的情況，因?yàn)槎M(jìn)制的首位為符號(hào)位。

2.從上述中我們知道，左移就是將一個(gè)數(shù)字的二進(jìn)制編碼向左邊移動(dòng)，右邊補(bǔ)零，右移相反。如果一個(gè)int類型的數(shù)字向左移32位結(jié)果是不是就是0呢？答案是錯(cuò)誤的。當(dāng)int類型數(shù)字進(jìn)行左移，并且左移位數(shù)大于等于32位時(shí)，會(huì)先與32求余，然再進(jìn)行移動(dòng)。32%32 = 0，使用int類型向左移32位相當(dāng)于不移動(dòng)，byte和short類型同理。long類型是64位。

public class MoveLeft {
    public static void main(String[] args) {
       int a = 10;
        byte b = 50;
        short s = 60;
        System.out.println(a >> 1);// 5
        System.out.println(a << 1);// 20
        System.out.println(a << 32);// 10
        System.out.println(a << 33);// 20
        System.out.println(b << 32);// 50
        System.out.println(b << 33);// 100
        System.out.println(s << 32);// 60
        System.out.println(s << 33);// 120
        long longValue = 733183670L;
        System.out.println("longValue：" + (longValue));//打印longValue
        System.out.println("longValue左移1位：" + (longValue << 1));//左移1位
        System.out.println("longValue左移8位：" + (longValue << 8));//左移8位
        //當(dāng)long類型左移位數(shù)大于等于64位操作時(shí)，會(huì)先求余后再進(jìn)行移位操作
        System.out.println("longValue左移64位：" + (longValue << 64));//求余為64%64=0，相當(dāng)于左移0位（不移位）
        System.out.println("longValue左移72位：" + (longValue << 72));//求余為72%64=8，相當(dāng)于左移8位
        System.out.println("longValue左移128位：" + (longValue << 128));//求余為128%64=0，相當(dāng)于左移0位（不移位）
    }
}

3.double和float不能使用位移來操作，編譯不通過。

六、無符號(hào)右移>>>

無符號(hào)右移和右移原理一樣，只不過是右移后在左邊補(bǔ)零后舍棄掉符號(hào)位。如下所示：

public class MoveLeft {
    public static void main(String[] args) {
        int a = -10;
        System.out.println(a >>> 1);// 結(jié)果是 2147483643
    }
}

執(zhí)行的過程如下：

//向得出-10的二進(jìn)制，需要得到10的二進(jìn)制
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ??1010??// 10 二進(jìn)制如下
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0101// 10 的反碼
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110 //反碼+1 就為 -10 的二進(jìn)制
0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1011// 右移一位
//轉(zhuǎn)換為10進(jìn)制 為 2147483643

記住Java中沒有無符號(hào)左移。因?yàn)樽笠撇僮鞣?<< 總是保持符號(hào)位，即使在移動(dòng)過程中可能會(huì)導(dǎo)致符號(hào)位變?yōu)?。如果需要進(jìn)行無符號(hào)左移操作，可以使用無符號(hào)右移操作 >>> 來實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，無符號(hào)左移和無符號(hào)右移的效果是一樣的，都是向左或向右移動(dòng)指定位數(shù)，只是填充的位不同。

七、Java中的其它特殊運(yùn)算符

7.1 &

按位與運(yùn)算 &是雙目運(yùn)算符。其功能是參與運(yùn)算的兩數(shù)各對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制位相與。只有對(duì)應(yīng)的兩個(gè)二進(jìn)位均為1時(shí)，結(jié)果位才為1 ，否則為0。參與運(yùn)算的數(shù)以補(bǔ)碼方式出現(xiàn)。

使用場景：

• 位操作： 位運(yùn)算符在底層數(shù)據(jù)處理和優(yōu)化中很常見，例如對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行位掩碼、位清除、位設(shè)置等操作。
• 權(quán)限控制： 在權(quán)限控制中，可以使用位運(yùn)算來對(duì)不同權(quán)限進(jìn)行組合或判斷。
• 位集合： 將每個(gè)位視為一個(gè)標(biāo)志，可以通過按位與運(yùn)算來檢查是否設(shè)置了特定的標(biāo)志位。

例如，如果有一個(gè)整數(shù) a 表示某個(gè)權(quán)限的掩碼，另一個(gè)整數(shù) b 表示用戶的權(quán)限，通過 a & b 運(yùn)算可以判斷用戶是否具有某個(gè)權(quán)限。

7.2 |

按位或運(yùn)算 |是雙目運(yùn)算符。其功能是參與運(yùn)算的兩數(shù)各對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制位相或。只要兩數(shù)的二進(jìn)制位中有一個(gè)是1，那么按位或的結(jié)果就是1；只有二進(jìn)制兩位都為0時(shí)，結(jié)果為0。

使用場景：

• 位操作： 位運(yùn)算符在底層數(shù)據(jù)處理和優(yōu)化中很常見，例如對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行位標(biāo)記、位組合等操作。
• 權(quán)限控制： 在權(quán)限控制中，可以使用位運(yùn)算來對(duì)不同權(quán)限進(jìn)行組合或判斷。
• 位集合： 將每個(gè)位視為一個(gè)標(biāo)志，可以通過按位或運(yùn)算來設(shè)置特定的標(biāo)志位。

例如，如果有一個(gè)整數(shù) a 表示某個(gè)權(quán)限的掩碼，另一個(gè)整數(shù) b 表示用戶的權(quán)限，通過 a | b 運(yùn)算可以將用戶的權(quán)限添加到掩碼中。

7.3 ^

按位異或運(yùn)算 ~是雙目運(yùn)算符。其功能是參與運(yùn)算的兩數(shù)各對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制位相異或。兩個(gè)數(shù)字的二進(jìn)制位相同則取0，不同值則取1。

異或運(yùn)算符具有以下的性質(zhì)：

（1）交換律： （2）結(jié)合律：

(a^b)^c == a^(b^c)

（3）對(duì)于任何數(shù)X，都有：

x^x=0，x^0=x

（4）自反性

A XOR B XOR B = A xor 0 = A

使用場景：

異或運(yùn)算最常見于多項(xiàng)式除法，不過它最重要的性質(zhì)還是自反性：A XOR B XOR B = A，即對(duì)給定的數(shù)A，用同樣的運(yùn)算因子（B）作兩次異或運(yùn)算后仍得到A本身。這是一個(gè)神奇的性質(zhì)，利用這個(gè)性質(zhì)，可以獲得許多有趣的應(yīng)用。

例如，大部分程序教科書都會(huì)向初學(xué)者指出，要交換兩個(gè)變量的值，必須要引入一個(gè)中間變量。但如果使用異或，就可以節(jié)約一個(gè)變量的存儲(chǔ)空間： 設(shè)有A,B兩個(gè)變量，存儲(chǔ)的值分別為a，b，則以下三行表達(dá)式將互換他們的值 表達(dá)式 （值） ：

A=A XOR B (a XOR b) 
B=B XOR A (b XOR a XOR b = a)
A=A XOR B (a XOR b XOR a = b)

public class MyTestMain {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5;
        int b = 6;
        a = a^b;
        b = a^b;
        a = a^b;
        System.out.println("a:" + a);
        System.out.println("b:" + b);
    }
}

輸出結(jié)果：

a:6
b:5

google的一個(gè)面試題：

一個(gè)數(shù)組存放若干整數(shù)，一個(gè)數(shù)出現(xiàn)奇數(shù)次，其余數(shù)均出現(xiàn)偶數(shù)次，找出這個(gè)出現(xiàn)奇數(shù)次的數(shù)？

上面的問題可以使用按位異或運(yùn)算巧妙解決：

public class MyTestMain {
    public static void main(String[] args) {
        int[] nums = {2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};
        int returnValue = 0;
        for (int num : nums) {
            returnValue ^= num;
        }
        System.out.println(returnValue);
    }
}

輸出結(jié)果：

5

以上就是Java中特殊運(yùn)算符及其應(yīng)用詳解的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Java特殊運(yùn)算符的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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