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二進制是計算技術中廣泛采用的一種數(shù)制。二進制數(shù)據(jù)是用0和1兩個數(shù)碼來表示的數(shù)。它的基數(shù)為2,進位規(guī)則是“逢二進一”,借位規(guī)則是“借一當二”,由18世紀德國數(shù)理哲學大師萊布尼茲發(fā)現(xiàn)。當前的計算機系統(tǒng)使用的基本上是二進制系統(tǒng),數(shù)據(jù)在計算機中主要是以補碼的形式存儲的。計算機中的二進制則是一個非常微小的開關,用“開”來表示1,“關”來表示0。
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那么Java中的二進制又是怎么樣的呢?讓我們一起來揭開它神秘的面紗吧。
一、Java內(nèi)置的進制轉(zhuǎn)換
有關十進制轉(zhuǎn)為二進制,和二進制轉(zhuǎn)為十進制這種基本的運算方法這里就不展開講了。
在Java中內(nèi)置了幾個方法來幫助我們進行各種進制的轉(zhuǎn)換。如下圖所示(以Integer整形為例,其他類型雷同):
1,十進制轉(zhuǎn)化為其他進制:
二進制:Integer.toHexString(int i); 八進制:Integer.toOctalString(int i); 十六進制:Integer.toBinaryString(int i);
2,其他進制轉(zhuǎn)化為十進制:
二進制:Integer.valueOf("0101",2).toString; 八進制:Integer.valueOf("376",8).toString; 十六進制:Integer.valueOf("FFFF",16).toString;
3,使用Integer類中的parseInt()方法和valueOf()方法都可以將其他進制轉(zhuǎn)化為10進制。
不同的是parseInt()方法的返回值是int類型,而valueOf()返回值是Integer對象。
二、基本的位運算
二進制可以和十進制一樣加減乘除,但是它還有更簡便的運算方式就是——位運算。比如在計算機中int類型的大小是32bit,可以用32位的二進制數(shù)來表示,所以我們可以用位運算來對int類型的數(shù)值進行計算,當然你也可以用平常的方法來計算一些數(shù)據(jù),這里我主要為大家介紹位運算的方法。我們會發(fā)現(xiàn)位運算有著普通運算方法不可比擬的力量。更多位運算應用請轉(zhuǎn)移到我下篇博文《神奇的位運算》
首先,看一下位運算的基本操作符:
優(yōu)點:
特定情況下,計算方便,速度快,被支持面廣
如果用算數(shù)方法,速度慢,邏輯復雜
位運算不限于一種語言,它是計算機的基本運算方法
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(一)按位與&
兩位全為1,結(jié)果才為1
0&0=0;0&1=0;1&0=0;1&1=1
例如:51&5 即0011 0011 & 0000 0101 =0000 0001 因此51&5=1.
特殊用法
(1)清零。如果想將一個單元清零,即使其全部二進制位為0,只要與一個各位都是零的數(shù)值相與,結(jié)果為零。
(2)取一個數(shù)中指定位。
例如:設X=10101110,取X的低四位,用X&0000 1111=0000 1110即可得到。
方法:找一個數(shù),對應x要取的位,該數(shù)的對應位為1,其余位為零,此數(shù)與x進行“與運算”可以得到x中的指定位。
(二)按位或 |
只要有一個為1,結(jié)果就為1。
0|0=0; 0|1=1;1|0=1;1|1=1;
例如:51|5 即0011 0011 | 0000 0101 =0011 0111 因此51|5=55
特殊用法
常用來對一個數(shù)據(jù)的某些位置1。
方法:找到一個數(shù),對應x要置1的位,該數(shù)的對應位為1,其余位為零。此數(shù)與x相或可使x中的某些位置1。
(三)異或 ^
兩個相應位為“異”(值不同),則該位結(jié)果為1,否則為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) 與1相異或,使特定位翻轉(zhuǎn)
方法:找一個數(shù),對應X要翻轉(zhuǎn)的位,該數(shù)的對應為1,其余位為零,此數(shù)與X對應位異或即可。
例如:X=1010 1110,使X低四位翻轉(zhuǎn),用X^0000 1111=1010 0001即可得到。
(2) 與0相異或,保留原值
例如:X^0000 0000 =1010 1110
(3)兩個變量交換值
1.借助第三個變量來實現(xiàn)
C=A;A=B;B=C;
2.利用加減法實現(xiàn)兩個變量的交換
A=A+B;B=A-B;A=A-B;
3.用位異或運算來實現(xiàn),也是效率最高的
原理:一個數(shù)異或本身等于0 ;異或運算符合交換律
A=A^B;B=A^B;A=A^B
(四)取反與運算~
對一個二進制數(shù)按位取反,即將0變?yōu)?,1變0
~1=0 ;~0=1
(五)左移<<
將一個運算對象的各二進制位全部左移若干位(左邊的二進制位丟棄,右邊補0)
例如: 2<<1 =4 10<<1=100
若左移時舍棄的高位不包含1,則每左移一位,相當于該數(shù)乘以2。
例如:
11(1011)<<2= 0010 1100=22
11(00000000 00000000 00000000 1011)整形32bit
(六)右移>>
將一個數(shù)的各二進制位全部右移若干位,正數(shù)左補0,負數(shù)左補1,右邊丟棄。若右移時舍高位不是1(即不是負數(shù)),操作數(shù)每右移一位,相當于該數(shù)除以2。
左補0還是補1得看被移數(shù)是正還是負。
例如:4>>2=4/2/2=1
-14(即1111 0010)>>2 =1111 1100=-4
(七)無符號右移運算>>>
各個位向右移指定的位數(shù),右移后左邊空出的位用零來填充,移除右邊的位被丟棄。
例如:-14>>>2
(即11111111 11111111 11111111 11110010)>>>2
=(00111111 11111111 11111111 11111100)=1073741820
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上述提到的負數(shù),他的二進制位表示和正數(shù)略有不同,所以在位運算的時候也與正數(shù)不同。
負數(shù)以其正數(shù)的補碼形式表示!
以上述的-14為例,來簡單闡述一下原碼、反碼和補碼。
原 碼
一個整數(shù)按照絕對值大小轉(zhuǎn)化成的二進制數(shù)稱為原碼
例如:00000000 00000000 00000000 00001110 是14的原碼。
反 碼
將二進制數(shù)按位取反,所得到的新二進制數(shù)稱為原二進制數(shù)的反碼。
例如:將00000000 00000000 00000000 00001110 每一位取反,
得11111111 11111111 11111111 11110001
注意:這兩者互為反碼
補 碼
反碼加1稱為補碼
11111111 11111111 11111111 11110001 +1=
11111111 11111111 11111111 11110010
現(xiàn)在我們得到-14的二進制表示,現(xiàn)在將它左移
-14(11111111 11111111 11111111 11110010)<<2 =
11111111 11111111 11111111 11001000
=?
分析:這個二進制的首位為1,說明是補碼形式,現(xiàn)在我們要將補碼轉(zhuǎn)換為原碼(它的正值)
跟原碼轉(zhuǎn)換為補碼相反,將補碼轉(zhuǎn)換為原碼的步驟:
補碼減1得到反碼:(11000111)前24位為1,此處省略
反碼取反得到原碼(即該負數(shù)的正值)(00111000)
計算正值,正值為56
取正值的相反數(shù),得到結(jié)果-56
結(jié)論:-14<<2 = -56
三、Java中進制運算
Java中二進制用的多嗎?
平時開發(fā)中“進制轉(zhuǎn)換”和“位操作”用的不多,Java處理的是高層。
在跨平臺中用的較多,如:文件讀寫,數(shù)據(jù)通信。
來看一個場景:
如果客戶機和服務器都是用Java語言寫的程序,那么當客戶機發(fā)送對象數(shù)據(jù),我們就可以把要發(fā)送的數(shù)據(jù)序列化seriapzable,服務器端得到序列化的數(shù)據(jù)之后就可以反序列化,讀出里面的對象數(shù)據(jù)。
隨著客戶機訪問量的增大,我們不考慮服務器的性能,其實一個可行的方案就是把服務器的Java語言改成C語言。
C語言作為底層語言,反映速度都比Java語言要快,而此時如果客戶端傳遞的還是序列化的數(shù)據(jù),那么服務器端的C語言將無法解析,怎么辦呢?我們可以把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為二進制(0,1),這樣的話服務器就可以解析這些語言。
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Java中基本數(shù)據(jù)類型有以下四種:
Int數(shù)據(jù)類型:byte(8bit,-128~127)、short(16bit)、int(32bit)、long(64bit)
float數(shù)據(jù)類型:單精度(float,32bit ) 、雙精度(double,64bit)
boolean類型變量的取值有true、false(都是1bit)
char數(shù)據(jù)類型:unicode字符,16bit
對應的類類型:
Integer、Float、Boolean、Character、Double、Short、Byte、Long
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(一)數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)為字節(jié)
例如:int型8143(00000000 00000000 00011111 11001111)
=>byte[] b=[-49,31,0,0]
第一個(低端)字節(jié):8143>>0*8 & 0xff=(11001111)=207(或有符號-49)
第二個(低端)字節(jié):8143>>1*8 &0xff=(00011111)=31
第三個(低端)字節(jié):8143>>2*8 &0xff=00000000=0
第四個(低端)字節(jié):8143>>3*8 &0xff=00000000=0
我們注意到上面的(低端)是從右往左開始的,那什么是低端呢?我們從大小端的角度來說明。
小端法(pttle-Endian)
低位字節(jié)排放在內(nèi)存的低地址端即該值的起始地址,高位字節(jié)排位在內(nèi)存的高地址端
大端法(Big-Endian)
高位字節(jié)排放在內(nèi)存的低地址端即該值的起始地址,低位字節(jié)排位在內(nèi)存的高地址端
為什么會有大小端模式之分呢?
這是因為在計算機系統(tǒng)中,我們是以字節(jié)為單位的,每個地址單元都對應著一個字節(jié),一個字節(jié)為8bit。但是在C語言中除了8bit的char之外,還有16bit的short型,32bit的long型(要看具體的編譯器),另外,對于位數(shù)大于8位的處理器,例如16位或者32位的處理器,由于寄存器寬度大于一個字節(jié),那么必然存在著一個如果將多個字節(jié)安排的問題。因此就導致了大端存儲模式和小端存儲模式。例如一個16bit的short型x,在內(nèi)存中的地址為0x0010,x的值為0x1122,那么0x11為高字節(jié),0x22為低字節(jié)。對于大端模式,就將0x11放在低地址中,即0x0010中,0x22放在高地址中,即0x0011中。小端模式,剛好相反。我們常用的X86結(jié)構(gòu)是小端模式,而KEIL C51則為大端模式。很多的ARM,DSP都為小端模式。有些ARM處理器還可以由硬件來選擇是大端模式還是小端模式。
例如:32bit的數(shù)0x12 34 56 78(十二進制)
在Big-Endian模式CPU的存放方式(假設從地址0x4000開始存放)為
內(nèi)存地址 | 0x4000 | 0x4001 | 0x4002 | 0x4003 |
存放內(nèi)容 | 0x78 | 0x56 | 0x34 | 0x12 |
在pttle-Endian模式CPU的存放方式(假設從地址0x4000開始存放)為
內(nèi)存地址 | 0x4000 | 0x4001 | 0x4002 | 0x4003 |
存放內(nèi)容 | 0x12 | 0x34 | 0x56 | 0x78 |
(二)字符串轉(zhuǎn)化為字節(jié)
1.字符串->字節(jié)數(shù)組
String s;byte[] bs=s.getBytes();
2.字節(jié)數(shù)組->字符串
Byte[] bs=new byte[int];String s =new String(bs);或String s=new String(bs,encode);//encode指編碼方式,如utf-8
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兩種類型轉(zhuǎn)化為字節(jié)的方法都介紹了,下面寫個小例子檢驗一下:
pubpc class BtyeTest { /* * int整型轉(zhuǎn)為byte字節(jié) */ pubpc 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字節(jié)轉(zhuǎn)為int整型 */ pubpc static int bytesToInt(byte[] arr){ int sum=0; for(int i=0;i
運行結(jié)果:
以上這篇詳談Java中的二進制及基本的位運算就是小編分享給大家的全部內(nèi)容了,希望能給大家一個參考,也希望大家多多支持創(chuàng)新互聯(lián)。
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