深入理解位运算操作及使用场景

工作中一直没用过位操作，只有在阅读一些源码的时候会看到使用位运算符（因为直接使用位运算符效率更高），为了更好的阅读源码那就好好学习一下吧，顺便把学习的东西记下来！

所有的位运算都是在二进制下来进行运算的，再二进制下只有0/1。

 

1. ~ 位求反

运算符规则是：将运算符后二进制数反转，0变1，1变 0，所以对一个数取反偶数次结果是它本身。

例如：

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 -> 3
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1100 -> ~ 3 = -4

常用场景：

求相反数： ~a + 1

2. << 左移

运算符规则是：各二进位全部左移若干位，高位丢弃，低位补0。

例如：6 << 2 = 24

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110 -> 6
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1000 -> 6 << 2 = 24

我们将6的二进位向左移动两位，低位补上两个0，高位丢弃，得出来的结果就是24。

常用场景：

左移常被用来做 * (2 ^ n)的运算，因为直接基于二进制运算，所以左移效率比 * (2 ^ n)高。

3. >> 右移

运算符规则是：各二进位全部右移若干位，正数高位补0，负数高位补1，低位丢弃。

例如: 12 >> 2 = 3

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1100     -> 12
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011     -> 12 >> 2 = 3

因为12是正数，右移过程中高位补上两个0，低位丢弃，得出来的结果就是3。
例如：-12 >> 2 = -3

1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0100    -> -12
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1101    -> -12 >> 2 = -3

因为-12是负数，右移过程中高位补上两个1，低位丢弃，得出来的结果就是-3。

常用场景：

右移常被用来做 / (2 ^ n)的运算，因为直接基于二进制运算，所以右移效率比 / (2 ^ n)高。

4. >>> 无符号右移

运算符规则是：各二进位全部右移若干位，高位补0，低位丢弃。

例如: 12 >>> 2 = 3

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1100     -> 12
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011     -> 12 >>> 2 = 3

我们将12的二进位向右移动两位，高位补上两个0，低位丢弃，得出来的结果就是24。
例如：-12 >>> 2 = 1073741821

1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0100    -> -12
0011 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1101    -> -12 >> 2 = 1073741821

我们将-12的二进位向右移动两位，高位补上两个0，低位丢弃，得出来的结果就是1073741821。

 

5. & 位与
运算符规则是：运算符两边有0，结果就为0 ，只有当两边同时为1是，结果才为1。

如下：

 0 & 0 = 0；     0 & 1 = 0；     1 & 0 = 0；       1 & 1= 1；

例如：3&5  

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 -> 3
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101 -> 5
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 -> 3 & 5 = 1

位与运算的特殊用途：

1.清零（将一个单元与0进行位与运算结果为零）
2.取一个数指定位（例如取num=1010 1101的低四位 则将num&0xF得到0000 1101）。
3.判断奇偶性：用if ((a & 1) == 0) 代替 if (a % 2 == 0)来判断a是不是偶数。

6. | 位或
运算规则就是 运算符两边有1，结果就为1 ，只有当两边同时为0是，结果才为0。

如下：

0 | 0 = 0；  0 | 1 = 1；  1 | 0 = 1；   1 | 1 = 1 ；

例如:3|5　

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 -> 3
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101 -> 5
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 -> 3 | 5 = 7

另，负数按补码形式参加按位或运算。

使用场景：

下面这个方法是摘自HashMap类，这个算法来修改用户使用构造器传进来的size的，这个算法是使用移位和或结合来实现的，性能上比循环判断要好。

public static final int tableSizeFor(int cap) {
    int n = cap - 1;
    n |= n >>> 1;
    n |= n >>> 2;
    n |= n >>> 4;
    n |= n >>> 8;
    n |= n >>> 16;
    return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}

 

7. ^ 位异或
运算规则是：当运算符两边相同位置都是相同，结果返回0，不相同时返回1。

例如：3 ^ 5 = 1

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 -> 3
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101 -> 5
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110 -> 3 ^ 5 = 6

通常我们交换两个数会使用一个临时变量来帮忙：

int t = a;
a = b;
b = t;

使用 ^ 位运算符（装逼必备）

a ^= b;
b ^= a;
a ^= b;