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java位運(yùn)算和字節(jié)編碼（一）

Dongjie_Liu / 2301人閱讀

摘要：正數(shù)的原碼，反碼和補(bǔ)碼相同。變量原碼反碼是符號(hào)位不變，其他位取反反碼補(bǔ)碼則是在反碼的基礎(chǔ)上加補(bǔ)碼所以在計(jì)算機(jī)中正確的表示應(yīng)該是。原碼反碼補(bǔ)碼此刻開始轉(zhuǎn)換為類型，占個(gè)字節(jié)，符號(hào)位，用填充高位三個(gè)字節(jié)。

我們都知道計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的是二進(jìn)制，長(zhǎng)度是8個(gè)比特。

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

那么以上幾個(gè)變量如何用二進(jìn)制表示呢？
很多人第一印象肯定是 b變量占用一個(gè)字節(jié)，也就是8位，所以 b用二進(jìn)制表示就是 1010，高位補(bǔ)零，所以是 00001010。那么i是int，占用4個(gè)字節(jié)，也就是32位，但因?yàn)槭秦?fù)數(shù)，所以最高位是100000000 00000000 00000000 00001010。同理 l變量則是 00000000 00000000 00000000 00000000 000000000 00000000 00000000 00001010。

上面的推理過程中存在一處錯(cuò)誤，就是在java中存儲(chǔ)的是補(bǔ)碼，而不是原碼。正數(shù)的原碼，反碼和補(bǔ)碼相同。負(fù)數(shù)則不是一樣。以上面 int i = -10 作為例子。

變量 i
原碼 1000 1010
# 反碼是符號(hào)位不變，其他位取反
反碼 1111 0101
#補(bǔ)碼則是在反碼的基礎(chǔ)上加1
補(bǔ)碼 1111 0110

所以-10 在計(jì)算機(jī)中正確的表示應(yīng)該是 1111 0110。
上面我們已經(jīng)學(xué)習(xí)原碼，反碼和補(bǔ)碼相關(guān)的概念，至于為什么要用補(bǔ)碼，感興趣的可以自己去查。

我們也知道在網(wǎng)絡(luò)傳輸中，存儲(chǔ)的就是二進(jìn)制相關(guān)的byte數(shù)組。那么現(xiàn)在我們需要往消息中寫入int或者long相關(guān)的信息，如何轉(zhuǎn)換為byte數(shù)組中的相關(guān)項(xiàng)？第一個(gè)想到的辦法就是強(qiáng)制轉(zhuǎn)換。

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

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

可見輸出的答案并不如你所愿。想知道為什么這樣嗎？感興趣的可以自己去推導(dǎo)。
額，還是幫你們推導(dǎo)一遍吧。我們以 -135為例。
首先我們知道 int 占用4個(gè)字節(jié)，而byte占用1個(gè)字節(jié)，同時(shí)你也看到 -135已經(jīng)超出了一個(gè)字節(jié)所能表示的范圍[-128, 127]。如果強(qiáng)制轉(zhuǎn)換后還能顯示出正確結(jié)果，那才恐怖啊。

-135

原碼 10000000 00000000 00000000 10000111

反碼 11111111 11111111 11111111 01111000

補(bǔ)碼 11111111 11111111 11111111 01111001

我們知道java中存儲(chǔ)的是補(bǔ)碼，可是因?yàn)閎yte只占一個(gè)字節(jié)，所以轉(zhuǎn)換的時(shí)候只取到最低位那個(gè)字節(jié)也就是 01111001作為轉(zhuǎn)換后補(bǔ)碼存在。因?yàn)檎龜?shù)的原碼和補(bǔ)碼相同，也即是這個(gè)字節(jié)的原碼是01111001，原值是 121。

剛才我們討論的是int強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成byte類型可能存在的問題。那么如果我需要把byte類型的強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成int類型的會(huì)出現(xiàn)什么樣的問題。

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

大家看到這兩行示例代碼時(shí)。盡量自己嘗試推導(dǎo)出結(jié)果來，不要看我下面的推導(dǎo)過程。
我們以-120作為例子，嘗試推導(dǎo)下（看到?jīng)]有，我喜歡負(fù)數(shù)）。

-120

原碼 11111000

反碼 10000111

補(bǔ)碼 10001000

##此刻開始轉(zhuǎn)換為int類型，占4個(gè)字節(jié)，符號(hào)位1，用1填充高位三個(gè)字節(jié)。如果符號(hào)位是0，高位會(huì)用0填充。

補(bǔ)碼 11111111 11111111 11111111 10001000 /** 存儲(chǔ)在內(nèi)存中的int整形補(bǔ)碼 **/
反碼 11111111 11111111 11111111 10000111
原碼 10000000 00000000 00000000 01111000 
原值 -120

所以 當(dāng) byte num = -120 時(shí)， (int)num = -120
我相信很多人都沒有自己推導(dǎo)，直接看我的推導(dǎo)的。那么再給你個(gè)機(jī)會(huì)，嘗試推導(dǎo)下當(dāng)byte num = 120的時(shí)候推導(dǎo)過程。

通過byte強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成int 好像一切都很順利，也沒有int強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成byte相關(guān)的問題。
當(dāng)真的是那樣嗎？下一篇我們繼續(xù)探討這個(gè)話題。

原文鏈接 http://segmentfault.com/a/1190000003758605/

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