33_Java中的位运算
Java中的位运算符
一、位运算概述
位运算就是直接对整数在内存中的二进制位进行操作
分类：
逻辑位运算符：位与（&）、位或（|）、位异（^）、位取反（~）
移位运算：左移（<<）、右移（>>）、无符号右移（>>>）
逻辑位运算：
前面使用逻辑运算符时，两边跟的是boolean表达式，现在是数字（计算时会将其转换为二进制按位进行运算）
| 符号 | 作用 | 范例 | 运算规则 |
|---|---|---|---|
| & | 位与 | 3 & 4 | 同1为1，其余为0 |
| | | 位或 | 3 | 4 | 同0为0，其余为1 |
| ^ | 位异或 | 3 ^ 4 | 相同为0，不同为1 |
| ~ | 位取反 | ~3 | 0变1，1变0 |
参考代码：
package com.itheima;
/*
逻辑位运算符：
位与（&） 同1为1，其余为0
位或（|） 同0为0，其余为1
位异（^） 相同为0，不同为1
位取反（~） 0变1，1变0
*/
public class OperatorDemo01 {
public static void main(String[] args){
//位与（&） 同1为1，其余为0
System.out.println(3 & 4);
/*
3的二进制为：11 -->00000000 00000000 00000000 00000011（默认为整型4字节，32位）
4的二进制为：100 -->00000000 00000000 00000000 00000100
正数：原码、反码、补码相同
00000000 00000000 00000000 00000011
& 00000000 00000000 00000000 00000100
--------------------------------------
00000000 00000000 00000000 00000000
*/
//位或（||） 同0为0，其余为1
System.out.println(3 | 4);
/*
00000000 00000000 00000000 00000011
& 00000000 00000000 00000000 00000100
--------------------------------------
00000000 00000000 00000000 00000111
*/
//位异（^） 相同为0，不同为1
System.out.println(3 ^ 4);
/*
00000000 00000000 00000000 00000011
& 00000000 00000000 00000000 00000100
--------------------------------------
00000000 00000000 00000000 00000111
*/
//位取反（~） 0变1，1变0
System.out.println(~3);
/*
~ 00000000 00000000 00000000 00000011
--------------------------------------
11111111 11111111 11111111 11111100
最高位为1，是负数
补码为：1 1111111 11111111 11111111 11111100
反码为：1 1111111 11111111 11111111 11111011 在补码基础上：符号位不变、减一
原码为：1 0000000 00000000 00000000 00000100 在反码基础上：符号位不变、按位取反
*/
}
}
移位运算符：
| 符号 | 作用 | 范例 | 运算规则 |
|---|---|---|---|
| << | 左移 | 3 << 2 | 高位丢弃，低位补0 |
| >> | 右移 | 24 >> 2 | 正数左补0，负数左补1 |
| >>> | 无符号右移 | 24 >>> 2 | 无论该数为正还是为负，右移之后左补0 |
参考代码：
package com.itheima;
/*
移位运算符：
左移（<<）：高位丢弃，低位补0
右移（>>）：正数左补0，负数左补1
无符号右移（>>>）：无论该数为正还是为负，右移之后左补0
*/
public class OperatorDemo02 {
public static void main(String[] args){
//左移（<<）：高位丢弃，低位补0
System.out.println(3 << 2); //3 * (2 ^ 2) = 3 * 4 = 12
/*
3的二进制数据：00000000 00000000 00000000 00000011
正数的原码、反码、补码都是一样的
左移：
00000000 00000000 00000000 00000011
00000000 00000000 00000000 0000001100
移动后：
00000000 00000000 00000000 00001100
相当于：原数字 * 进制数^移动位数
*/
//右移（>>）：正数左补0，负数左补1
System.out.println(24 >> 2); //24 / (2 ^ 2) = 24 / 4 = 4
/*
24的二进制数据：00000000 00000000 00000000 00011000
可以在cmd中输入calc，打开计算机进行查看
右移：
00000000 00000000 00000000 00011000
0000000000 00000000 00000000 00011000
移动后：
00000000 00000000 00000000 00000110
*/
//无符号右移（>>>）：无论该数为正还是为负，右移之后左补0
System.out.println(24 >>> 2);
//使用负数查看 右移 与 无符号右移的区别
System.out.println(-24 >> 2);
/*
-24的二进制数据：10000000 00000000 00000000 00011000
对应的反码是：11111111 11111111 11111111 11100111
对应的补码是：11111111 11111111 11111111 11101000
右移：
11111111 11111111 11111111 11101000
1111111111 11111111 11111111 11101000
移动后的补码结果：11111111 11111111 11111111 11111010
对应的反码：11111111 11111111 11111111 1111001
对应的补码：10000000 00000000 00000000 0000110
*/
System.out.println(-24 >>> 2);
/*
-24的二进制数据：10000000 00000000 00000000 00011000
对应的反码是：11111111 11111111 11111111 11100111
对应的补码是：11111111 11111111 11111111 11101000
无符号右移：
11111111 11111111 11111111 11101000
0011111111 11111111 11111111 11101000
移动后的补码：
0011111111 11111111 11111111 111010
根据符号位为0，是正数，所以原、反、补码一致
*/
}
}
练习
练习1参考代码：
package com.itheima;
/*
乘法运算：
请用最有效率的方式写出计算2 * 8 的结果
判断奇偶
判断一个数据是否是偶数
*/
public class OperatorTest01 {
public static void main(String[] args){
//请用最有效率的方式写出计算2 * 8 的结果
System.out.println(2 << 3); //2 * 2 ^ 3
//判断一个数据是否是偶数
int a = 10;
a = 9;
/*if(a % 2 == 0){
System.out.println("是偶数");
}*/
/*
10的二进制数：00000000 00000000 00000000 00001010
00000000 00000000 00000000 00001010
& 00000000 00000000 00000000 00000001
--------------------------------------
00000000 00000000 00000000 00000000
整型十进制的 1 转换为二进制时，前面31位补0，根据位与运算前面都为0，就看最后一位是否为1
除去末尾位数以外的位数都是2的倍数所以可以整除
*/
if((a & 1) == 0){
System.out.println("是偶数");
}
}
}
练习2参考代码：
package com.itheima;
/*
题目：两个变量的交换
需求1：交换变量a和变量b的值
需求2：交换变量a和变量b的值，不能使用第三方变量
*/
public class OperatorTest02 {
public static void main(String[] args) {
int a = 10;
int b = 20;
System.out.println("交换前 a：" + a + ",b：" + b);
/*//需求1：交换变量a和变量b的值
int temp = a;
a = b;
b = temp;*/
//需求2：交换变量a和变量b的值，不能使用第三方变量
a = a ^ b; //a = a ^ b
b = a ^ b; //b = a ^ b = a ^ b ^ b = a
a = a ^ b; //a = a ^ b = a ^ b ^ a = b
System.out.println("交换后 a：" + a + ",b：" + b);
System.out.println(3 ^ 5 ^ 5 ^ 3 ^ 8);
/*
3的二进制数据：
00000000 00000000 00000000 00000011
4的二进制数据：
00000000 00000000 00000000 00000100
两个相同的数据做异或为0
00000000 00000000 00000000 00000100
^ 00000000 00000000 00000000 00000100
--------------------------------------
00000000 00000000 00000000 00000000
任意一个数据和0做异或还是数据本身
00000000 00000000 00000000 00000011
^ 00000000 00000000 00000000 00000000
--------------------------------------
00000000 00000000 00000000 00000011
*/
}
}
练习3参考代码：
package com.itheima;
import java.util.Random;
/*
题目：
现有0到99，共计100个整数，各不相同，将这个整数放入一个数组中。
然后，在这个数组中添加一个0~99的任意一个整数数字（唯一重复的数字），把这101个数据打乱
需求：
将这个重复数字找出来
*/
public class OperatorTest03 {
public static void main(String[] args){
//定义一个长度为100的int类型数组
int[] arr = new int[101];
//现有0到99，共计100个整数，各不相同，将这100各数据放入一个数组中
for(int i = 0; i < 100; i++){
arr[i] = i;
}
//在索引100的位置，添加一个重复元素
// arr[100] = 88;
//练习：把这里面的数据修改为随机数实现
Random r = new Random();
arr[100] = r.nextInt(100);
//遍历一下
System.out.println("数据打乱前：");
printArray(arr);
//打乱数据
Random r2 = new Random();
for(int x = 0; x < 1000; x++){
int i = r.nextInt(101);
int j = r.nextInt(101);
//交换数组中i 和 j 位置的元素
int temp = arr[i];
arr[i] = arr[j];
arr[j] = temp;
}
System.out.println("数据打乱后：");
printArray(arr);
//方式1：初学者的想法
// itheima:for(int x = 0; x < arr.length; x++){
// for(int y = x + 1; y < arr.length; y++){
// if(arr[x] == arr[y]){
// System.out.println("这个重复元素是：" + arr[x]);
// break itheima; //找到数据时，退出此标签代表的代码
// }
// }
// }
//方式2：巧妙的方法
// //首先，把数组中的所有元素累加起来
// int sum = 0;
// for(int x = 0; x < arr.length; x++){
// sum += arr[x];
// }
//
// //接着，拿到求和结果减去0~99相加，最后剩余的数据就是重复的唯一数据
// for(int x = 0; x < 100; x++){
// sum -= x;
// }
//
// System.out.println("这个重复数据是：" + sum);
//方式3：异或运算符
/*
分析：
先将所有数据异或一遍，此时重复数据会抵消为0
再将范围内的所有数据异或一次，这样原本没有重复的数据就会抵消为0
最后就只剩下进行三次异或的那个原本的重复数据
简单示例：
数组：1 2 3 4 1
所有数据进行异或：arr[0] = 1 ^ 2 ^ 3 ^ 4 ^ 1 = 2 ^ 3 ^ 4 ^ 0 = 2 ^ 3 ^ 4
arr[0] ^ 1 ^ 2 ^ 3 ^ 4 = 2 ^ 3 ^ 4 ^ 1 ^ 2 ^ 3 ^ 4 = 1
即得出原本的重复数据
*/
for(int x = 1; x < arr.length; x++){
arr[0] ^= arr[x];
}
for(int x = 0; x < 100; x++){
arr[0] ^= x;
}
System.out.println("这个重复数据是：" + arr[0]);
}
private static void printArray(int[] arr) {
int count = 0;
for(int i = 0; i < arr.length; i++){
System.out.print(arr[i] + "\t");
if(++count % 10 == 0){
System.out.println();
}
}
System.out.println();
}
}
