<<, >>, <<<, >>> 这些符号什么意思？有哪些容易被遗漏的细节？
来自：一杯82年的JAVA
上次介绍了JAVA中有趣的位运算，知道了位运算是直接对一个整形的二进制位进行操作，效率上比起加减乘除高不少，因此常运用在对性能很敏感的场景。
今天介绍在二进制下的移位操作。
原码、反码、补码
磨刀不误砍柴工，这几个名词可还有印象？
原码: 二进制表示，最左边的一位是符号位，0表示正数，1表示负数
反码: 正数时同原码，负数时，等于原码每位取反（除了符号位）
补码: 正数时同原码，负数时，等于反码 1
在计算机系统中，数值一律用补码来表示和存储。原因在于，使用补码，可以将符号位和数值域统一处理；同时，加法和减法也可以统一处理。此外，补码与原码相互转换，其运算过程是相同的，不需要额外的硬件电路。
JAVA中也一样，存储和移位操作的都是补码，正数时都一样，负数时就要注意了。
<< 左移位
在二进制格式下，把所有的数字向左移动指定位数，左边的高位移出(舍弃)，右边的低位多出来的空位补0。
n = n << 1，左移一位，相当于 n = n * 2
需要注意的是，正数的二进制最高位是0，如果左移后被怼上来的那位是1，这个数就成了负数。
如果觉得奇怪，想想有时候我们遇到过的场景：一个很大的int正数，乘一个正数后如果结果超过了int能存储的极限，往往就变成了负数，或者一个很小的正数。
另一个需要注意的地方，由于Java只存储补码，正数补码和原码相同先不管，负数的补码会把原码的0变成1，所以负数左移位时，移出去的最高是1，后面怼上来的一般也是1(没到极限)，所以还是负数。
对于程序员，或许还是把内容和代码放在一起更容易让人注意…
public class Bit {
public static void main(String[] args) {
int n = 6; // ..000110 (6)
System.out.println(n “左移1位 ” (n << 1));// ..001100 (12)
System.out.println(n “左移2位 ” (n << 2));// ..011000 (24)
System.out.println(n “左移3位 ” (n << 3));// ..110000 (48)
// 通过2进制的方式赋值(jdk7 )，0b开头，后面是二进制表示(超过int最大值就要结尾加L成为Long)
// 等同于int x = 1073741825
// 01000000000000000000000000000001 第一位0表示正数
int x = 0b01000000000000000000000000000001;
System.out.println(“x = ” x);
// 10000000000000000000000000000010
// 左移后最高位成了1，变成了负数
System.out.println(“x左移1位\t= ” (x << 1));
// 就像乘2如果超过了int最大值也会变成负数，结果是一样一样的
System.out.println(“x乘2\t= ” (x * 2));
// 如果左移两位，最高位依然是正数(4)
// 00000000000000000000000000000100
System.out.println(“x左移2位\t= ” (x << 2));
// 正数超过极限可能变成负数，负数变成正数也不奇怪吧
System.out.println(“x乘4\t= ” (x * 2 * 2));
// y = -3 时:
// 原码: 10000000000000000000000000000011
// 反码: 11111111111111111111111111111100 (符号位除外，其余取反)
// 补码: 11111111111111111111111111111101 (反码 1)
// Java存储补码，移位操作也是对补码操作
// 也就解释了为啥负数时左移1位也能和乘2结果一样(最高位的1没了，后面跟上来的也是1，符号还是负)
int y = -3;
System.out.println(y ” 二进制表示(补码) ” Integer.toBinaryString(y));
//补码左移一位后: 11111111111111111111111111111010
//转为反码: 11111111111111111111111111111001 (补码-1)
//转为原码: 10000000000000000000000000000110
//十进制: -6
System.out.println(y ” 左移1位 ” (y << 1));
}
}
/* 输出:
6左移1位 12
6左移2位 24
6左移3位 48
x = 1073741825
x左移1位 = -2147483646
x乘2 = -2147483646
x左移2位 = 4
x乘4 = 4
-3 二进制表示(补码) 11111111111111111111111111111101
-3 左移1位 -6
*/
>> 右移位
在二进制格式下，把所有的数字向右移动指定位数，低位移出(舍弃)，高位的空位补符号位，即正数补0，负数补1(想想负数存的补码和原码是不同的)。
n = n >> 1，右移一位，相当于 n = n / 2 (PS:正数时)
public class Bit {
public static void main(String[] args) {
int n = 6; // ..110 (6)
System.out.println(n “右移1位 ” (n >> 1));// ..011 (3)
System.out.println(n “右移2位 ” (n >> 2));// ..001 (1)
System.out.println(n “右移3位 ” (n >> 3));// ..000 (0)
System.out.println(n “右移4位 ” (n >> 4));// ..000 (0)
}
}
/* 输出:
6右移1位 3
6右移2位 1
6右移3位 0
6右移4位 0
*/
上面是正数右移，负数的时候情况又有点不同了。
由于计算机存储和位移的都是补码，正数补码和原码一样，一直右移最后都变成了0，就像一直整除2，最后不管怎么除都是0。
而负数的补码一直右移最后全都是1，即:
补码: 11111111111111111111111111111111
反码: 11111111111111111111111111111110 (补码-1)
原码: 10000000000000000000000000000001
十进制: -1
public class Bit {
public static void main(String[] args) {
int m = -3;
System.out.println(m “\t补码 ” Integer.toBinaryString(m));
System.out.println(m “\t补码右移1位 ” (m >> 1));
System.out.println(m “\t补码右移2位 ” (m >> 2));
System.out.println(m “\t补码右移3位 ” (m >> 3));
}
}
/* 输出:
-3 补码 11111111111111111111111111111101
-3 补码右移1位 -2
-3 补码右移2位 -1
-3 补码右移3位 -1
*/
>>> 无符号右移
依然是右移指定位数，与右移不同的是，无论正负，高位均补0。对于正数没影响，对于负数来说，这样一移，直接变成正数了。
public class Bit {
public static void main(String[] args) {
int m = -3;
System.out.println(m “\t补码 ” Integer.toBinaryString(m));
System.out.println(m “\t补码无符号右移1位 ” (m >>> 1));
System.out.println(m “\t补码无符号右移2位 ” (m >>> 2));
System.out.println(m “\t补码无符号右移3位 ” (m >>> 3));
}
}
/* 输出:
-3 补码 11111111111111111111111111111101
-3 补码无符号右移1位 2147483646
-3 补码无符号右移2位 1073741823
-3 补码无符号右移3位 536870911
*/
<<< 无符号左移
位数限制
一个容易忽略的地方，每次移动一位循环N次，和一次移动N位，结果并不一定是一样的。
以int为例，如果直接左移36位，结果并不是0，而是等同于左移362=4位。
右移和无符号右移也同样适用。
public class Bit {
public static void main(String[] args) {
int m = 3;
int t = m;
for (int i = 1; i <= 36; i ) {
t = t << 1;
}
System.out.println(t);
System.out.println(m << 36);
System.out.println(m << (36 % 32));
}
}
/* 输出:
0
48
48
*/
总结
箭头朝哪边，就往哪边移位
左移操作相当于乘2，右移相当于除2，不全是
左移操作可能改变正负，因为符号位会被移走，新符号位不一定和以前一样
右移操作不改变符号，因为左边填充的是符号位
无符号右移会把负数变成正数
没有无符号左移
位移超过JAVA基本类型的位数后，等同于位移取模后的位数
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