一、前言

當涉及位操作和位級運算時，Java 提供了一組特殊的運算符，即左移（<<）和右移（>>）運算符。這些運算符與普通的算術(shù)和邏輯運算符不同，它們操作的是數(shù)字的二進制位。位操作是計算機底層編程中常用的技巧，能夠高效地執(zhí)行一些操作，如數(shù)值乘除以2的冪次方，處理標志位，以及在一些位級編碼場景下進行數(shù)據(jù)處理。

左移和右移運算符用于將二進制位向左或向右移動指定的位數(shù)，從而實現(xiàn)對數(shù)值的快速操作。左移操作將數(shù)值的二進制表示向左移動，等效于乘以2的冪次方，而右移操作將數(shù)值的二進制表示向右移動，等效于除以2的冪次方。這些運算符在處理大數(shù)據(jù)集、位掩碼、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及嵌入式系統(tǒng)等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用。

然而，需要注意的是，位操作并不常見于一般的業(yè)務(wù)邏輯編程，而更多地出現(xiàn)在需要對二進制數(shù)據(jù)進行處理的底層系統(tǒng)級編程中。在使用位操作時，應(yīng)該清晰地理解位操作的語義，防止出現(xiàn)意外錯誤。同時，要考慮到可讀性和代碼維護性，不應(yīng)濫用位操作，而是在合適的場景下使用，以提高代碼的效率和性能。

二、Java的左移、右移運算符

• << 是左移；如：<<1就是左移一位；<<2就是左移兩位
• >>”是右移；如：>>1就是右移一位；>>2就是右移兩位

記憶技巧： 尖括號的方向朝向哪就是哪移。

左移就是將目標轉(zhuǎn)換為二進制后，從右向左移動一位，右邊補零，左邊移除。

右移就是將目標轉(zhuǎn)換為二進制后，從左向右移動一位，左邊補零，右邊移除。。

三、Java中左移、右移使用場景

可以代替乘(左移)和除(右移)，如下：

package zd.hjd.test.synchronizedtest;
public class MyTestMain {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(4*2);
        System.out.println(4<<1);
        System.out.println(4/2);
        System.out.println(4>>1);
    }
}

輸出結(jié)果：

8
8
2
2

四、使用左移、右移優(yōu)點和弊端

4.1 優(yōu)點

使用左移（<<）和右移（>>）的好處在于它們可以在某些情況下提供更高效的數(shù)值操作，特別是涉及到2的冪次方的操作。以下是一些使用左移右移的好處：

• 速度優(yōu)勢： 左移和右移操作是位級操作，它們在底層直接對二進制數(shù)據(jù)進行移動，相比于使用乘除法運算符，位移操作可以更快地完成數(shù)值的變換。這在一些需要高效計算的場景下尤為重要。
• 數(shù)值操作： 左移和右移可以用于實現(xiàn)數(shù)值的倍增或減少。例如，將一個數(shù)值左移n位，等效于將其乘以2的n次方；將一個數(shù)值右移n位，等效于將其除以2的n次方。
• 位掩碼操作： 在位掩碼操作中，可以使用左移來設(shè)置位，使用右移來讀取位。這在一些標志位、開關(guān)狀態(tài)的處理中非常有用。
• 位級編碼： 在某些編碼和解碼場景下，需要將信息編碼到特定的位上，或者從特定位上解碼信息。左移和右移操作可以用于實現(xiàn)這種位級的數(shù)據(jù)處理。
• 嵌入式系統(tǒng)： 在嵌入式系統(tǒng)中，資源有限，效率至關(guān)重要。位移操作可以提供更緊湊和高效的代碼，減少資源消耗。

4.2 弊端

• 可讀性下降： 左移和右移操作對于非熟悉位操作的開發(fā)者來說可能不太直觀，代碼的可讀性可能會下降，使得代碼難以理解和維護。
• 位移越界： 在使用右移操作時，如果對有符號的整數(shù)進行右移，可能會導致符號位擴展，從而改變數(shù)值的意義。例如，對于負數(shù)的右移可能會導致意外的結(jié)果。
• 移位溢出： 如果使用左移操作將某個位移到超出數(shù)據(jù)類型的范圍，就會發(fā)生移位溢出，導致結(jié)果不正確。
• 代碼依賴于底層實現(xiàn)： 使用位操作可能會使代碼與底層硬件或編譯器的實現(xiàn)相關(guān)，導致代碼的可移植性下降。
• 復雜邏輯錯誤： 如果沒有正確地處理邊界情況，可能會導致復雜的邏輯錯誤，尤其是在涉及位級運算的復雜算法中。
• 難以維護： 過度使用位操作可能使代碼變得難以理解和維護，特別是在邏輯復雜的情況下。
• 代碼不易調(diào)試： 位操作可能會導致一些難以調(diào)試的問題，因為它們涉及底層位級表示，而不是更常見的數(shù)值操作。

五、使用左移、右移注意事項

1.帶符號左移需要考慮移動后數(shù)字變?yōu)樨摂?shù)的情況，因為二進制的首位為符號位。

2.從上述中我們知道，左移就是將一個數(shù)字的二進制編碼向左邊移動，右邊補零，右移相反。如果一個int類型的數(shù)字向左移32位結(jié)果是不是就是0呢？答案是錯誤的。當int類型數(shù)字進行左移，并且左移位數(shù)大于等于32位時，會先與32求余，然再進行移動。32%32 = 0，使用int類型向左移32位相當于不移動，byte和short類型同理。long類型是64位。

public class MoveLeft {
    public static void main(String[] args) {
       int a = 10;
        byte b = 50;
        short s = 60;
        System.out.println(a >> 1);// 5
        System.out.println(a << 1);// 20
        System.out.println(a << 32);// 10
        System.out.println(a << 33);// 20
        System.out.println(b << 32);// 50
        System.out.println(b << 33);// 100
        System.out.println(s << 32);// 60
        System.out.println(s << 33);// 120
        long longValue = 733183670L;
        System.out.println("longValue：" + (longValue));//打印longValue
        System.out.println("longValue左移1位：" + (longValue << 1));//左移1位
        System.out.println("longValue左移8位：" + (longValue << 8));//左移8位
        //當long類型左移位數(shù)大于等于64位操作時，會先求余后再進行移位操作
        System.out.println("longValue左移64位：" + (longValue << 64));//求余為64%64=0，相當于左移0位（不移位）
        System.out.println("longValue左移72位：" + (longValue << 72));//求余為72%64=8，相當于左移8位
        System.out.println("longValue左移128位：" + (longValue << 128));//求余為128%64=0，相當于左移0位（不移位）
    }
}

3.double和float不能使用位移來操作，編譯不通過。

六、無符號右移>>>

無符號右移和右移原理一樣，只不過是右移后在左邊補零后舍棄掉符號位。如下所示：

public class MoveLeft {
    public static void main(String[] args) {
        int a = -10;
        System.out.println(a >>> 1);// 結(jié)果是 2147483643
    }
}

執(zhí)行的過程如下：

//向得出-10的二進制，需要得到10的二進制
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ??1010??// 10 二進制如下
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0101// 10 的反碼
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110 //反碼+1 就為 -10 的二進制
0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1011// 右移一位
//轉(zhuǎn)換為10進制 為 2147483643

記住Java中沒有無符號左移。因為左移操作符 << 總是保持符號位，即使在移動過程中可能會導致符號位變?yōu)?。如果需要進行無符號左移操作，可以使用無符號右移操作 >>> 來實現(xiàn)。因為在大多數(shù)情況下，無符號左移和無符號右移的效果是一樣的，都是向左或向右移動指定位數(shù)，只是填充的位不同。

七、Java中的其它特殊運算符

7.1 &

按位與運算 &是雙目運算符。其功能是參與運算的兩數(shù)各對應(yīng)的二進制位相與。只有對應(yīng)的兩個二進位均為1時，結(jié)果位才為1 ，否則為0。參與運算的數(shù)以補碼方式出現(xiàn)。

使用場景：

• 位操作： 位運算符在底層數(shù)據(jù)處理和優(yōu)化中很常見，例如對數(shù)據(jù)進行位掩碼、位清除、位設(shè)置等操作。
• 權(quán)限控制： 在權(quán)限控制中，可以使用位運算來對不同權(quán)限進行組合或判斷。
• 位集合： 將每個位視為一個標志，可以通過按位與運算來檢查是否設(shè)置了特定的標志位。

例如，如果有一個整數(shù) a 表示某個權(quán)限的掩碼，另一個整數(shù) b 表示用戶的權(quán)限，通過 a & b 運算可以判斷用戶是否具有某個權(quán)限。

7.2 |

按位或運算 |是雙目運算符。其功能是參與運算的兩數(shù)各對應(yīng)的二進制位相或。只要兩數(shù)的二進制位中有一個是1，那么按位或的結(jié)果就是1；只有二進制兩位都為0時，結(jié)果為0。

使用場景：

• 位操作： 位運算符在底層數(shù)據(jù)處理和優(yōu)化中很常見，例如對數(shù)據(jù)進行位標記、位組合等操作。
• 權(quán)限控制： 在權(quán)限控制中，可以使用位運算來對不同權(quán)限進行組合或判斷。
• 位集合： 將每個位視為一個標志，可以通過按位或運算來設(shè)置特定的標志位。

例如，如果有一個整數(shù) a 表示某個權(quán)限的掩碼，另一個整數(shù) b 表示用戶的權(quán)限，通過 a | b 運算可以將用戶的權(quán)限添加到掩碼中。

7.3 ^

按位異或運算 ~是雙目運算符。其功能是參與運算的兩數(shù)各對應(yīng)的二進制位相異或。兩個數(shù)字的二進制位相同則取0，不同值則取1。

異或運算符具有以下的性質(zhì)：

（1）交換律： （2）結(jié)合律：

(a^b)^c == a^(b^c)

（3）對于任何數(shù)X，都有：

x^x=0，x^0=x

（4）自反性

A XOR B XOR B = A xor 0 = A

使用場景：

異或運算最常見于多項式除法，不過它最重要的性質(zhì)還是自反性：A XOR B XOR B = A，即對給定的數(shù)A，用同樣的運算因子（B）作兩次異或運算后仍得到A本身。這是一個神奇的性質(zhì)，利用這個性質(zhì)，可以獲得許多有趣的應(yīng)用。

例如，大部分程序教科書都會向初學者指出，要交換兩個變量的值，必須要引入一個中間變量。但如果使用異或，就可以節(jié)約一個變量的存儲空間： 設(shè)有A,B兩個變量，存儲的值分別為a，b，則以下三行表達式將互換他們的值 表達式 （值） ：

A=A XOR B (a XOR b) 
B=B XOR A (b XOR a XOR b = a)
A=A XOR B (a XOR b XOR a = b)

public class MyTestMain {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5;
        int b = 6;
        a = a^b;
        b = a^b;
        a = a^b;
        System.out.println("a:" + a);
        System.out.println("b:" + b);
    }
}

輸出結(jié)果：

a:6
b:5

google的一個面試題：

一個數(shù)組存放若干整數(shù)，一個數(shù)出現(xiàn)奇數(shù)次，其余數(shù)均出現(xiàn)偶數(shù)次，找出這個出現(xiàn)奇數(shù)次的數(shù)？

上面的問題可以使用按位異或運算巧妙解決：

public class MyTestMain {
    public static void main(String[] args) {
        int[] nums = {2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};
        int returnValue = 0;
        for (int num : nums) {
            returnValue ^= num;
        }
        System.out.println(returnValue);
    }
}

輸出結(jié)果：

5

以上就是Java中特殊運算符及其應(yīng)用詳解的詳細內(nèi)容，更多關(guān)于Java特殊運算符的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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