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java位运算和字节编码(一)

Dongjie_Liu / 2275人阅读

摘要:正数的原码,反码和补码相同。变量原码反码是符号位不变,其他位取反反码补码则是在反码的基础上加补码所以在计算机中正确的表示应该是。原码反码补码此刻开始转换为类型,占个字节,符号位,用填充高位三个字节。

我们都知道计算机存储的是二进制,长度是8个比特。

byte b = 10;
int i = -10;
long l = 10L;

那么以上几个变量如何用二进制表示呢?
很多人第一印象肯定是 b变量占用一个字节,也就是8位,所以 b用二进制表示就是 1010,高位补零,所以是 00001010。那么i是int,占用4个字节,也就是32位,但因为是负数,所以最高位是100000000 00000000 00000000 00001010。同理 l变量则是 00000000 00000000 00000000 00000000 000000000 00000000 00000000 00001010。

上面的推理过程中存在一处错误,就是在java中存储的是补码,而不是原码。正数的原码,反码和补码相同。负数则不是一样。以上面 int i = -10 作为例子。

变量 i
原码 1000 1010
# 反码是符号位不变,其他位取反
反码 1111 0101
#补码则是在反码的基础上加1
补码 1111 0110

所以-10 在计算机中正确的表示应该是 1111 0110。
上面我们已经学习原码,反码和补码相关的概念,至于为什么要用补码,感兴趣的可以自己去查。

我们也知道在网络传输中,存储的就是二进制相关的byte数组。那么现在我们需要往消息中写入int或者long相关的信息,如何转换为byte数组中的相关项?第一个想到的办法就是强制转换。

int x = 135;
System.out.println((byte)x);  /** 输出-121 **/

x = -135;
System.out.println((byte)x); /** 输出-121 **/

可见输出的答案并不如你所愿。想知道为什么这样吗?感兴趣的可以自己去推导。
额,还是帮你们推导一遍吧。我们以 -135为例。
首先我们知道 int 占用4个字节,而byte占用1个字节,同时你也看到 -135已经超出了一个字节所能表示的范围[-128, 127]。如果强制转换后还能显示出正确结果,那才恐怖啊。

-135

原码 10000000 00000000 00000000 10000111

反码 11111111 11111111 11111111 01111000

补码 11111111 11111111 11111111 01111001

我们知道java中存储的是补码,可是因为byte只占一个字节,所以转换的时候只取到最低位那个字节也就是 01111001作为转换后补码存在。因为正数的原码和补码相同,也即是这个字节的原码是01111001,原值是 121。

刚才我们讨论的是int强制转换成byte类型可能存在的问题。那么如果我需要把byte类型的强制转换成int类型的会出现什么样的问题。

byte num = 120;        
System.out.println((int)num); 
num = -120;
System.out.println((int)num);

大家看到这两行示例代码时。尽量自己尝试推导出结果来,不要看我下面的推导过程。
我们以-120作为例子,尝试推导下(看到没有,我喜欢负数)。

-120

原码 11111000

反码 10000111

补码 10001000

##此刻开始转换为int类型,占4个字节,符号位1,用1填充高位三个字节。如果符号位是0,高位会用0填充。

补码 11111111 11111111 11111111 10001000 /** 存储在内存中的int整形补码 **/
反码 11111111 11111111 11111111 10000111
原码 10000000 00000000 00000000 01111000 
原值 -120

所以 当 byte num = -120 时, (int)num = -120
我相信很多人都没有自己推导,直接看我的推导的。那么再给你个机会,尝试推导下当byte num = 120的时候推导过程。

通过byte强制转换成int 好像一切都很顺利,也没有int强制转换成byte相关的问题。
当真的是那样吗?下一篇我们继续探讨这个话题。

原文链接 http://segmentfault.com/a/1190000003758605/

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