深入學習java位運算的基礎知識

相信大家和我一樣，接觸java這門語言的時候就聽過java位運算的鼎鼎大名，當然也僅限于聽說過。日常開發過程中使用過么？使用位運算的好處是什么？

想要真正理解java位運算，首先要搞清楚，這個“位”代表的含義。

一切的起源：二進制

位：二進制位，簡稱“位”。是二進制記數系統中表示小于2的整數的符號，一般用1或 0表示，是具有相等概率的兩種狀態中的一種。二進制位的位數可表示一個機器字的字長，一個二進制位包含的信息量稱為一比特（bit）。

舉個栗子：
int占4個字節（byte）
1byte = 8bit
換算下來，一個int類型即占32bit
int i = 88; 這里的88為十進制，轉換為二進制為：1011000，使用完整的32位表示即為：00000000 00000000 00000000 01011000

上文中的00000000 00000000 00000000
01011000即為十進制88轉為二進制的 原碼 ，與其相關的定義還有 反碼 和 補碼

關于原碼、反碼和補碼

在計算機內，有符號數有三種表示法：原碼、反碼以及補碼。
原碼：就是二進制定點表示法，即最高位為符號位，“0”正負“1”，其余位表示數值的大小。
反碼：正數的反碼與其原碼相同；負數的反碼是對正數逐位取反，符號位保持為1。
補碼：正數的補碼與其原碼相同；負數的補碼是在其反碼的末位加1。

同樣的，我們使用 “88” 舉例說明原碼、反碼以及補碼。

“88”的原碼：00000000 00000000 00000000 01011000
“88”的反碼：00000000 00000000 00000000 01011000
“88”的補碼：00000000 00000000 00000000 01011000

對于負數 “-88”，其原碼、反碼以及補碼如下：

“-88”的原碼：10000000 00000000 00000000 01011000
“-88”的反碼：11111111 11111111 11111111 10100111
“-88”的補碼：11111111 11111111 11111111 10101000

為什么要使用補碼？

簡單來說，就是計算機計算減法時有各種不方便，于是發明了反碼，結果發現反碼也有缺陷（有兩個零存在：“+0”和“-0”），進而發明了補碼解決這個問題。

在計算機系統中，數值一律用補碼來表示和存儲。原因在于，使用補碼，可以將符號位和數值域統一處理；同時，加法和減法也可以統一處理。此外，補碼與原碼相互轉換，其運算過程是相同的，不需要額外的硬件電路。

有關補碼的意義及作用在上面的鏈接里討論的非常詳盡，我這里就不班門弄斧了，理解就好～

對原碼、反碼以及補碼有一個初步的認知后，我們接下來再看位運算就會清晰很多。

關于位運算

關于位運算，這里運用哲學上三個究極問題試圖講解清楚位運算究竟是何方神圣：什么是位運算？位運算的作用？位運算有什么優勢？

什么是位運算

程序中的所有數在計算機內存中都是以二進制的形式儲存的。位運算就是直接對整數在內存中的二進制位進行操作。比如，and運算本來是一個邏輯運算符，但整數與整數之間也可以進行and運算。舉個例子，6的二進制是110，11的二進制是1011，那么6 and 11的結果就是2，它是二進制對應位進行邏輯運算的結果（0表示False，1表示True，空位都當0處理）。

下表列出了位運算符的基本運算（A = 8, B = 9）

位運算的作用及優勢

我嘗試脫離實際應用場景描述清楚位運算的作用及優勢，然后發現脫離實際講應用是件非常困難的事情，其難度不亞于買彩票。所以這里結合Android原碼中的MeasureSpec類來描述位運算的作用和優勢。
熟悉Android View體系的小伙伴應該都對MeasureSpec不陌生。不熟悉的請自行Google，不然下面你看起來可能就會有些云里霧里。我們來看它的代碼：

public static class MeasureSpec {
private static final int MODE_SHIFT = 30;
private static final int MODE_MASK = 0x3 << MODE_SHIFT;
public static final int UNSPECIFIED = 0 << MODE_SHIFT;
public static final int EXACTLY = 1 << MODE_SHIFT;
public static final int AT_MOST = 2 << MODE_SHIFT;
public static int makeMeasureSpec(int size, int mode) {
if (sUseBrokenMakeMeasureSpec) {
return size + mode;
} else {
return (size & ~MODE_MASK) | (mode & MODE_MASK);
}
}
public static int getMode(int measureSpec) {
return (measureSpec & MODE_MASK);
}
public static int getSize(int measureSpec) {
return (measureSpec & ~MODE_MASK);
}
}

代碼不難理解，上面就運用了很多位運算。我們都知道MeasureSpec是用來操作View的測量模式以及測量大小的。這個測量模式和測量大小在系統中使用一個32位的int類型的參數表示。如果讓我們自己去實現這樣一個操作測量模式和測量大小的類，我們大概會這么寫：

public class MeasureSpec{
public static final int UNSPECIFIED = 0;
public static final int EXACTLY = 1;
public static final int AT_MOST = 2;
/**
* 測量模式
*/
private int mode;
/**
* 測量大小
*/
private int size;
public int getMode() {
return mode;
}
public void setMode(int mode) {
this.mode = mode;
}
public int getSize() {
return size;
}
public void setSize(int size) {
this.size = size;
}
}

然后每次對View進行操作的時候都會 new 一個MeasureSpec對象，對其的mode和size參數進行相應的操作。

這里原碼就很巧妙的運用了位運算簡化了相應的操作，使用32位的二進制來操作mode和size：高兩位表示mode，低30位表示size，避免了頻繁的創建對象，更省內存，讓我等對位運算不了解的拍手稱秒哇。

總結

不同于其他文章講解位運算的概念，本文更側重于運用位運算的作用及優勢。前人篳路藍縷，以啟山林，以聰明才智發明了位運算這種簡潔高效的運算符，希望你能理解并正確發揮其作用，走上人生的巔峰～

以上就是本文的全部內容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持億速云。