java中符号类型和无符号类型的问题分析
一 参考博文
java中无符号类型的解决方案
原码、反码、补码知识详细讲解（此作者是我找到的讲的最细最明白的一个）
0x80000000为什么等于-2147483648和负数如何在内存上储存
二 java中的无符号数和有符号数
在计算机中，可以区分正负的类型，称为有符号类型，无正负的类型，称为无符号类型。
- 使用二进制中的最高位表示正负
计算机中用补码表示数值；另外，用二进制的最高位表示符号，0表示正数、1表示负数。 - 无符号和有符号数的范围的区别
无符号数中，所有的位都用于直接表示该值的大小；有符号数中最高位用于表示正负，所以，正值时，该数的最大值就会变小：
无符号数：1111 1111 值：255
有符号数：0111 1111 值：127
同样一个字节，无符号的最大值是255，有符号的最大值是127
三 java中的基本类型
Java的原始类型里除了char是无符号类型之外,其他都是有符号数据类型,如果需要某个宽度的无符号类型，可以用>>>进行转化，这个是java的无符号右移操作符，或者使用下一个宽度的带符号类型来模拟，
例如，需无符号的short，就用int来模拟：
int toUnsigned(short s) {
return s & 0x0FFFF;
}
java中十进制的字面常理只有一个特性，就是所有的十进制字面常量都是正数，如果想写一个负的十进制，则需要在正的十进制字面常量前面加上“-”就好了。
但是十六进制或者八进制的字面常量就不一定是正数或者负数，如果最高位是1，那么就是负数：
System.out.println(0x80);//128
//0x81看作是int型，最高位(第32位)为0，所以是正数
System.out.println(0x81);//129
System.out.println(0x8001);//32769
System.out.println(0x70000001);//1879048193
//字面量0x80000001为int型，最高位(第32位)为1，所以是负数
System.out.println(0x80000001);//-2147483647
//字面量0x80000001L强制转为long型，最高位（第64位）为0，所以是正数
System.out.println(0x80000001L);//2147483649
四 补码与真值
这里先看一个问题:
@Test
public void test01(){
System.out.println(0x80000000); // -2147483648
}
这个结果是怎么得来的?
要搞明白这个问题,得先明白几个概念:
- 机器数:
一个数在计算机中的二进制表示形式, 叫做这个数的机器数。机器数是带符号的，在计算机用一个数的最高位存放符号, 正数为0, 负数为1.
比如，十进制中的数 3 ，计算机字长为8位，转换成二进制就是00000011。如果是 -3 ，就是 10000011 。那么，这里的 00000011 和 10000011 就是机器数 - 真值:
因为第一位是符号位，所以机器数的形式值就不等于真正的数值。例如上面的有符号数 10000011，其最高位1代表负，其真正数值是 -3 而不是形式值131（10000011转换成十进制等于131）。
所以，为区别起见，将带符号位的机器数对应的真正数值称为机器数的真值(即补码表示的值)。
例：0000 0001的真值 = +000 0001 = +1，1000 0001的真值 = –000 0001 = –1 - 计算真值
就拿-3来说,机器数为 10000011,那么补码是 11111101,所以真值就是补码的值:
补码求值公式：补码的最高位有效位乘以（-1），然后按一般求二进制的方法求值
例如：
-3的补码 11111101 = (-1)12^7 + 12^6+.... 12^0 = -3
3的补码 00000011 = (-1)027+........1*20= 3 - 0x80000000问题解析
再来看0x80000000为什么等于-2147483648,Java中用此十六进制表示int的最小值:
/**
* A constant holding the minimum value an {@code int} can
* have, -2<sup>31</sup>.
*/
@Native public static final int MIN_VALUE = 0x80000000;
此十六进制数内存中存储的的确是0x80000001的二进制码。因为使用十六进制给int赋值时，这里的十六进制是补码形式。
也就是说，我们给变量赋的是补码，不是源码，所以会直接把0x80000001这个补码存入内存
补码求值得: 0x80000000 = (-1)1231+.....+0*20 = -2147483648
所以这个值是这样来的!
五 java中的数据类型符号扩展
先看一个jdk源码中int转为long用到的方法:
@Test
public void test03(){
final long l = -5 & 0xffffffffL;
System.out.println(l); // 4294967291
}
如果运算一个操作数是long型，而另一个操作数是int类型。为了执行该计算，Java将int类型的数值用拓宽原生类型转换提升为long类型，然后对两个long类型数值相加。
因为int是有符号的整数类型，所以这个转换执行的是符号扩展。
-5 转换为long再转换为二进制,0xffffffff转换为二进制
进行与运算:
1111111111111111111111111111111111111111111111111111111110000101
0000000000000000000000000000000011111111111111111111111111111111
---------------------------------------------------------------------- & 与运算,两个都为1才为1,否则为0
0000000000000000000000000000000011111111111111111111111110000101= 4294967173 (十进制)
为什么-5转long前面要补1呢,这里就需要知道符号扩展规则:
窄的整型转换成较宽(字节数多)的整型时符号扩展规则：
如果最初的数值类型是有符号的，那么就执行符号扩展（即如果符号位为1，则扩展为1，如果为零，则扩展为0）；
如果它是char，那么不管它将要被提升成什么类型，都执行零扩展,
如果将一个char数值c转型为一个宽度更宽的整型，并且希望有符号扩展，那么就先将char转型为一个short，它与char上个具有同样的宽度，但是它是有符号的
宽的整型转换成窄的整型直接截取低位的值,高位扔掉
所以上面-5符号是1,所以进行符号扩展前面都补1,补成long(64位),再进行位运算得出结果!
六 Java中byte转换int时与0xff进行与运算的原因
jdk源码中byte转int用到了 & 0xff,比如String的API:
public static char charAt(byte[] value, int index) {
if (index < 0 || index >= value.length) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(index);
}
return (char)(value[index] & 0xff);// 先转int,再转char
}
这里为什么要用与运算呢? 因为char是无符号类型,所以不能进行符号扩展,需要零扩展,即前面补0
窄整型->宽整型要进行符号扩展,这里byte->cahr是窄到宽,如果不想进行符号扩展,则需要&0xff处理,先转int消除掉符号扩展,再转char即可
(b & 0xff)的结果是32位的int类型，前24被强制置0，后8位保持不变，然后转换成char型时，直接截取后16位。这样不管b是正数还是负数，转换成char时，都相当于是在左边补上8个0，即进行零扩展而不是符号扩展
至于为什么要进行零扩展: 因为char是无符号类型,他会把 1111 1111 当做65535而不是-1,,所以你前面补1的话数就会变很大,所以这里需要进行0扩展,于是 & 0xff这种骚操作就来了,这里确实有点绕!如果不看源码(并且要认真看啊,哈哈)一般发现不了这种问题
再比如下面代码:
@Test
public void test01(){
byte b=-1;
System.out.println((int)b); // -1
System.out.println(b & 0xff); // 255
}
这里第二行255应该都好说,高位清零就是,至于直接强转为-1,那么符号扩展之后补码为11111111111111111111111111111111,求出结果原码:100000000000000000000000000001 还是-1,所以就是上面的结果,原理就是这样!
主要就是一个符号扩展延伸出来的问题!
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