Question

移位运算符面向的运算对象也是二进制的“位”。可单独用它们处理整数类型（主类型的一种）。左移位运算符（<<）能将运算符左边的运算对象向左移动运算符右侧指定的位数（在低位补 0）。“有符号”右移位运算符（>>）则将运算符左边的运算对象向右移动运算符右侧指定的位数。“有符号”右移位运算符使用了“符号扩展”：若值为正，则在高位插入 0；若值为负，则在高位插入 1。Java 也添加了一种“无符号”右移位运算符（>>>），它使用了“零扩展”：无论正负，都在高位插入 0。这一运算符是 C 或 C++没有的。

若对 char，byte 或者 short 进行移位处理，那么在移位进行之前，它们会自动转换成一个 int。只有右侧的 5 个低位才会用到。这样可防止我们在一个 int 数里移动不切实际的位数。若对一个 long 值进行处理，最后得到的结果也是 long。此时只会用到右侧的 6 个低位，防止移动超过 long 值里现成的位数。但在进行“无符号”右移位时，也可能遇到一个问题。若对 byte 或 short 值进行右移位运算，得到的可能不是正确的结果（Java 1.0 和 Java 1.1 特别突出）。它们会自动转换成 int 类型，并进行右移位。但“零扩展”不会发生，所以在那些情况下会得到-1 的结果。可用下面这个例子检测自己的实现方案：

//: URShift.java
// Test of unsigned right shift

public class URShift {
  public static void main(String[] args) {
    int i = -1;
    i >>>= 10;
    System.out.println(i);
    long l = -1;
    l >>>= 10;
    System.out.println(l);
    short s = -1;
    s >>>= 10;
    System.out.println(s);
    byte b = -1;
    b >>>= 10;
    System.out.println(b);
  }
} ///:~

移位可与等号（<<=或>>=或>>>=）组合使用。此时，运算符左边的值会移动由右边的值指定的位数，再将得到的结果赋回左边的值。

下面这个例子向大家阐示了如何应用涉及“按位”操作的所有运算符，以及它们的效果：

//: BitManipulation.java
// Using the bitwise operators
import java.util.*;

public class BitManipulation {
  public static void main(String[] args) {
    Random rand = new Random();
    int i = rand.nextInt();
    int j = rand.nextInt();
    pBinInt("-1", -1);
    pBinInt("+1", +1);
    int maxpos = 2147483647;
    pBinInt("maxpos", maxpos);
    int maxneg = -2147483648;
    pBinInt("maxneg", maxneg);
    pBinInt("i", i);
    pBinInt("~i", ~i);
    pBinInt("-i", -i);
    pBinInt("j", j);
    pBinInt("i & j", i & j);
    pBinInt("i | j", i | j);
    pBinInt("i ^ j", i ^ j);
    pBinInt("i << 5", i << 5);
    pBinInt("i >> 5", i >> 5);
    pBinInt("(~i) >> 5", (~i) >> 5);
    pBinInt("i >>> 5", i >>> 5);
    pBinInt("(~i) >>> 5", (~i) >>> 5);

    long l = rand.nextLong();
    long m = rand.nextLong();
    pBinLong("-1L", -1L);
    pBinLong("+1L", +1L);
    long ll = 9223372036854775807L;
    pBinLong("maxpos", ll);
    long lln = -9223372036854775808L;
    pBinLong("maxneg", lln);
    pBinLong("l", l);
    pBinLong("~l", ~l);
    pBinLong("-l", -l);
    pBinLong("m", m);
    pBinLong("l & m", l & m);
    pBinLong("l | m", l | m);
    pBinLong("l ^ m", l ^ m);
    pBinLong("l << 5", l << 5);
    pBinLong("l >> 5", l >> 5);
    pBinLong("(~l) >> 5", (~l) >> 5);
    pBinLong("l >>> 5", l >>> 5);
    pBinLong("(~l) >>> 5", (~l) >>> 5);
  }
  static void pBinInt(String s, int i) {
    System.out.println(
      s + ", int: " + i + ", binary: ");
    System.out.print("   ");
    for(int j = 31; j >=0; j--)
      if(((1 << j) &  i) != 0)
        System.out.print("1");
      else
        System.out.print("0");
    System.out.println();
  }
  static void pBinLong(String s, long l) {
    System.out.println(
      s + ", long: " + l + ", binary: ");
    System.out.print("   ");
    for(int i = 63; i >=0; i--)
      if(((1L << i) & l) != 0)
        System.out.print("1");
      else
        System.out.print("0");
    System.out.println();
  }
} ///:~

程序末尾调用了两个方法：pBinInt() 和 pBinLong()。它们分别操作一个 int 和 long 值，并用一种二进制格式输出，同时附有简要的说明文字。目前，可暂时忽略它们具体的实现方案。

大家要注意的是 System.out.print() 的使用，而不是 System.out.println()。print() 方法不会产生一个新行，以便在同一行里罗列多种信息。

除展示所有按位运算符针对 int 和 long 的效果之外，本例也展示了 int 和 long 的最小值、最大值、+1 和-1 值，使大家能体会它们的情况。注意高位代表正负号：0 为正，1 为负。下面列出 int 部分的输出：

-1, int: -1, binary: 
   11111111111111111111111111111111
+1, int: 1, binary: 
   00000000000000000000000000000001
maxpos, int: 2147483647, binary: 
   01111111111111111111111111111111
maxneg, int: -2147483648, binary: 
   10000000000000000000000000000000
i, int: 59081716, binary: 
   00000011100001011000001111110100
~i, int: -59081717, binary: 
   11111100011110100111110000001011
-i, int: -59081716, binary: 
   11111100011110100111110000001100
j, int: 198850956, binary: 
   00001011110110100011100110001100
i & j, int: 58720644, binary: 
   00000011100000000000000110000100
i | j, int: 199212028, binary: 
   00001011110111111011101111111100
i ^ j, int: 140491384, binary: 
   00001000010111111011101001111000
i << 5, int: 1890614912, binary: 
   01110000101100000111111010000000
i >> 5, int: 1846303, binary: 
   00000000000111000010110000011111
(~i) >> 5, int: -1846304, binary: 
   11111111111000111101001111100000
i >>> 5, int: 1846303, binary: 
   00000000000111000010110000011111
(~i) >>> 5, int: 132371424, binary: 
   00000111111000111101001111100000

数字的二进制形式表现为“有符号 2 的补值”。