Java-java中的有符号,无符号操作以及DataInputStream

 

1、 无符号和有符号

计算机中用补码表示负数,并且有一定的计算方式;另外,用二进制的最高位表示符号,0表示正数、1表示负数。这种说法本身没错,可是要有一定的解释,不然它就是错的,至少不能解释,为什么字符类型的-1二进制表示是“1111 111116进制表示为FF,而不是1000 0001

 

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

一个字节为8位,按0开始记,那它的最高位就是第7位,2个字节,最高位就是15位,4个字节,最高位是31位,不同长度的类型,最高位虽不同,但总是最左边那位。

 

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=1*2^7+1*2^6+.....=2^n-1

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,下图是无符号数和有符号数的范围:

 

一个由符号的数据类型的最大值的计算方法完全和无符号一样,只不过它少了一个最高位,但是在负数范围内,数值的计算方法不能直接使用前面的公式,在计算机种,负数除了最高位为1以外,还采用补码的形式,所以在计算前,需要对补码进行还原。

 

10进制的计算经验,1表示正1-1表示和1相对的负值。那么很容易想到在二进制中,0000 0001表示正1,则高位为1后:1000 0001应该表示-1,不过实际上,计算机中的规定有些相反:

 

可以发现,1000 0000没有拿来表示-0,而1000 0001也不能拿来直观地表示-1,事实上,-11111 1111来表示。从一个角度来理解,-1大还是-128大,当然是-1大,-1是最大的负整数,所以,无论是字符类型或整数类型,也无论这个整数是几个字节,从计算结果上来看也是对的:1111 1111-1=1111 1110,表示-2,这样一直减下去,当减到只身最高位用于表示符号的1以外,其他低位全为0,就是最小的负值,也就是-128

 

 

2、 Java基本数据类型

 

3、 Java的符号类型

Java的原始类型里没有无符号类型,如果需要某个宽度的无符号类型,可以用>>>,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:

1         int toUnsigned(short s) { 
2             return s & 0x0FFFF; 
3         } 

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。

 

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:

1         System.out.println(0x80);//128   
2         //0x81看作是int型,最高位(第32位)为0,所以是正数 
3         System.out.println(0x81);//129   
4         System.out.println(0x8001);//32769 
5         System.out.println(0x70000001);//1879048193   
6         //字面量0x80000001为int型,最高位(第32位)为1,所以是负数 
7         System.out.println(0x80000001);//-2147483647 
8         //字面量0x80000001L强制转为long型,最高位(第64位)为0,所以是正数 
9         System.out.println(0x80000001L);//2147483649 
10     //最小int型 
11     System.out.println(0x80000000);//-2147483648 
12     //只要超过32位,就需要在字面常量后加L强转long,否则编译时出错 
13     System.out.println(0x8000000000000000L);//-922337203685477

 

4、 有符号扩展和无符号扩展

System.out.println(Long.toHexString(0x100000000L + 0xcafebabe));// cafebabe

结果为什么不是0x1cafebabe?该程序执行的加法是一个混合类型的计算:左操作数是long型,而右操作数是int类型。为了执行该计算,Javaint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


这个加法的右操作数0xcafebabe32位,将被提升为long类型的数值0xffffffffcafebabeL,之后这个数值加上了左操作0x100000000L。当视为int类型时,经过符号扩展之后的右操作数的高32位是-1,而左操作数的第32位是1,两个数

值相加得到了0
  0x ffffffffcafebabeL
+0x 0000000100000000L
-----------------------------
 0x 00000000cafebabeL

如果要得到正确的结果0x1cafebabe,则需在第二个操作数组后加上“L”明确看作是正的long型即可,此时相加时拓

展符号位就为0

1         System.out.println(Long.toHexString(0x100000000L + 0xcafebabeL));// 1cafe

 

5、 窄数据类型提升至宽数据类型时是使用符号位扩展还是零扩展

System.out.println((int)(char)(byte)-1);// 65535

结果为什么是65535而不是-1

窄的整型转换成较宽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

了解上面的规则后,我们再来看看迷题:因为byte是有符号的类型,所以在将byte数值-1(二进制为:11111111)提升到char时,会发生符号位扩展,又符号位为1,所以就补81,最后为161;然后从charint的提升时,由于是char型提升到其他类型,所以采用零扩展而不是符号扩展,结果int数值就成了65535

 

如果将一个char数值c转型为一个宽度更宽的类型时,只是以零来扩展,但如果清晰表达以零扩展的意图,则可以考虑

使用一个位掩码:

1         int i = c & 0xffff;//实质上等同于:int i = c ; 

说明:

至于0xff,这属于java的字面常量,他已经是int了,ff表示为11111111java对这种字面常量,不把他前面的1看做符号位,虽然也是有符号扩展,但是,扩展成的是00...ff.

数字字面常量的类型都是int型,而不管他们是几进制,所以“2147483648”“0x180000000(十六进制,共33位,所以超过了整数的取值范围)字面常量是错误的,编译时会报超过int的取值范围了,所以要确定以long来表示“2147483648L”“0x180000000L”

 System.out.println(0x80000001);//-2147483647 ,已经是32位,最高位是符号位
System.out.println(0xcafebabe);//-889275714
System.out.println(0xffff);     //65535 int是32位的,最高位已经是0,相当于0X0000ffff
System.out.println(0xff);       //255

 

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:

2         int i = (short)c; 

 

如果将一个byte数值b转型为一个char,并且不希望有符号扩展,那么必须使用一个位掩码来限制它:

3         char c = (char)(b & 0xff);// char c = (char) b;为有符号扩展 

 

6、 ((byte)0x90==0x90)?

答案是不等的,尽管外表看起来是成立的,但是它却等于false。为了比较byte数值(byte)0x90int数值0x90Java

通过拓宽原生类型将byte提升为int,然后比较这两个int数值。因为byte是一个有符号类型,所以这个转换执行的是符号扩展,将负的byte数值提升为了在数字上相等的int值(11111111     11111111    11111111  10010000)。在本例中,该转换将(byte)0x90提升为int数值-112,它不等于int数值的0x90,即+144


解决办法:使用一个屏蔽码来消除符号扩展的影响,从而将byte转型为int

1         ((byte)0x90 & 0xff)== 0x90 

 

 

7、 java中byte转换int时与0xff进行运算的原因

javabyte转换int时为何与0xff进行与运算

在剖析该问题前请看如下代码

public static String bytes2HexString(byte[] b) {
  String ret = "";
  for (int i = 0; i < b.length; i++) {
   String hex = Integer.toHexString(b[i] & 0xFF);
   if (hex.length() == 1) {
    hex = '0' + hex;
   }
   ret += hex.toUpperCase();
  }
  return ret;
 }

 

上面是将byte[]转化十六进制的字符串,注意这里b[i] & 0xFF将一个byte 0xFF进行了与运算,然后使用Integer.toHexString取得了十六进制字符串,可以看出
b[i] & 0xFF运算后得出的仍然是个int,那么为何要和 0xFF进行与运算呢?直接 Integer.toHexString(b[i]);,byte强转为int不行吗?答案是不行的.

其原因在于:
1.byte
的大小为8bitsint的大小为32bits
2.java
的二进制采用的是补码形式

在这里先温习下计算机基础理论

byte是一个字节保存的,有8个位,即801
8
位的第一个位是符号位, 
也就是说0000 0001代表的是数字
1000 0000
代表的就是-1 
所以正数最大位0111 1111,也就是数字127 
负数最大为1111 1111,也就是数字-128

 

上面说的是二进制原码,但是在java中采用的是补码的形式,下面介绍下什么是补码

Integer.toHexString的参数是int,如果不进行&0xff,那么当一个byte会转换成int时,由于int32位,而byte只有8位这时会进行补位,例如补码11111111的十进制数为-1转换为int时变为11111111111111111111111111111111好多1啊,呵呵!即0xffffffff但是这个数是不对的,这种补位就会造成误差。和0xff相与后,高24比特就会被清0了,结果就对了。

 

补码是有符号数,所以从8位变为int需要有符号扩展,变为11111111111111111111111111111111(最终的值为-1)。

至于0xff,这属于java的字面常量,他已经是int了,ff表示为11111111java对这种字面常量,不把他前面的1看做符号位,虽然也是有符号扩展,但是,扩展成的是00...ff.

一般在有些编译器中,写ff,会把第一位1认为是符号位,所以可以这么写:0x0ff

 

8、 DataInputStream

DataInputStream in = new DataInputStream(
                                new BufferedInputStream(fileInputStream));

 

 

posted @ 2016-10-10 11:23  夜行过客  阅读(13818)  评论(0编辑  收藏  举报