Java移位运算符：<<，>>，>>>

最近在看jdk的源码，里面还是有很多地方用到了移位操作的，但是本人因为不怎么使用移位操作，基本是看了过一段时间就忘了，忘了用到的时候再看… …

所以在这里写下这篇博客，以后如果再忘记了直接翻回来看。

Java中有三种移位运算符，分别是左移运算符（<<），有符号右移（>>），无符号右移（>>>），作用分别如下：

  1. 左移运算符（<<）：将数值的所有二进制位左移给定的位数，高位即左边的二进制位溢出则丢弃，低位空出来的部分补0
  2. 有符号右移（>>）：将数值的所有二进制位右移给定的位数，高位空出来的补符号位，即负数补1，正数补0,；低位溢出的部分直接丢弃
  3. 无符号右移（>>>）：将数值的所有二进制位右移给定的位数，高位空出来的补0，不论正数还是负数；低位溢出的部分直接丢弃

需要注意的是，移位的所有操作都是对数值的补码进行操作的！！！

我们知道数值有原码、反码、补码三种表示形式，在计算机里的整数值都是以补码的形式存储的。对于正数来说，原码=反码=补码；对于负数来说，反码等于原码除符号位之外各位取反，补码等于反码末位加一。

也就是说我们只需要关心负数的补码即可，并且负数原码反码补码中转换的规则是通用的，即原码=补码除符号位之外各位取反末位加一，而补码=原码除符号位之外各位取反末位加1。当然你也可以先减1然后除符号位之外各位取反。

补码：1000 0000 …这样的数很特殊，它是没有原码的。当数值为16位时，10000000 00000000的真值为-32768，32位时10000000 00000000 00000000 00000000的真值为-2147483648。

我们通过下面的代码来验证：

public class ShiftOptionsDemo {

    /**
     * 1(int):
     *   源码：00000000 00000000 00000000 00000001
     *   反码：与源码相同
     *   补码：与源码相同
     *
     * -1(int):
     *   源码：10000000 00000000 00000000 00000001
     *   反码：11111111 11111111 11111111 11111110
     *   补码：11111111 11111111 11111111 11111111
     *
     * << ：左移
     * >> : 有符号右移
     * >>> : 无符号右移
     *
     * 左移会将补码的所有比特位向左移动
     * 有符号右移将所有比特位移动后“空出来”的比特位会补符号位，负数补1，正数补0
     * 无符号右移移动后“空出来”的比特位会补0，不管是正数还是负数
     *
     * 编译器（可能不是全部的编译器）发现移动的位数等于或超过数值本身的位数后，会
     * 对这个移动的位数进行取模操作， 也就是说一个int型的变量x，x << 32 等价于 x << 1
     */
    public static void main(String[] args) {

        /*
         * 结果：4
         *                 1补码
         * 00000000 00000000 00000000 00000001 = 1
         * 左移2位后的补码
         * 00000000 00000000 00000000 00000100 = 4
         */
        System.out.println(1 << 2);

        /*
         * 结果：-4
         *                -1补码
         * 11111111 11111111 11111111 11111111 = -1
         * 左移2位后的补码：
         * 11111111 11111111 11111111 11111100
         * 转换成原码：
         * 10000000 00000000 00000000 00000100 = -4
         */
        System.out.println(-1 << 2);

        /*
         * 结果：0
         *                  1补码
         * 00000000 00000000 00000000 00000001 = 1
         * 有符号右移2位后的补码：
         * 00000000 00000000 00000000 00000000 = 0
         */
        System.out.println(1 >> 2);

        /*
         * 结果：-1
         *                 -1补码
         * 11111111 11111111 11111111 11111111 = -1
         * 有符号右移2位后的补码：
         * 11111111111111111111111111111111111 = -1
         */
        System.out.println(-1 >> 2);

        /*
         * 结果：0
         *                  1补码
         * 00000000 00000000 00000000 00000001 = 1
         * 无符号右移2位后的补码：
         * 00000000 00000000 00000000 00000000 = 0
         */
        System.out.println(1 >>> 2);

        /*
         * 结果：1073741823
         *                 -1补码
         * 11111111 11111111 11111111 11111111 = -1
         * 无符号右移2位后的补码：
         * 00111111 11111111 11111111 11111111 = 1073741823
         * 这个时候负数就变成了正数
         */
        System.out.println(-1 >>> 2);

        //输出：1073741823
        System.out.println(0b00111111111111111111111111111111);

        /*
         * 11111111 11111111 11111111 11111111 = -1
         * 无符号右移一位后的结果：
         * 01111111 11111111 11111111 11111111 = 2147483647
         */
        System.out.println(-1 >>> 1);

        //输出：2147483647
        System.out.println(0b01111111111111111111111111111111);

    }
}

大多数情况下，左移1位相当于乘2，有符号右移相当于除2，但是也有很多特殊的数不符合。比如：

010000000 00000000 00000000 0000000本身是个正数，左移1位后就成负数了，并且就是1000 …这样的负数了。

-1有符号右移怎么移都是-1，因为-1的补码是：11111111 … 11111111，根据有符号右移的规则，-1的二进制补码再怎么移都还是它本身。