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Java位运算符大全

ai 2025/7/5 12:06:13

1. Java 支持的位运算符

Java 提供了 7 种位运算符：

运算符	名称	描述	示例
`&`	按位与（AND）	两个位都为 1 时，结果才为 1	`5 & 3` → `1`
`\|`	按位或（OR）	两个位有一个为 1 时，结果就为 1	`5 \| 3` → `7`
`^`	按位异或（XOR）	两个位不同时，结果为 1	`5 ^ 3` → `6`
`~`	按位取反（NOT）	所有位取反（0→1，1→0）	`~5` → `-6`
`<<`	左移（Left Shift）	所有位向左移动，低位补 0	`5 << 1` → `10`
`>>`	右移（Right Shift）	所有位向右移动，高位补符号位	`-5 >> 1` → `-3`
`>>>`	无符号右移（Unsigned Right Shift）	所有位向右移动，高位补 0	`-5 >>> 1` → `2147483645`

2. 位运算详解

(1) 按位与（`&`）

规则：两个位都为 1 时，结果才为 1，否则为 0。

示例：

int a = 5;    // 二进制：0101
int b = 3;    // 二进制：0011
int c = a & b; // 二进制：0001 → 1
System.out.println(c); // 输出：1

应用：
- 判断奇偶：(n & 1) == 0 → 偶数。

(2) 按位或（`|`）

规则：两个位有一个为 1 时，结果就为 1。

示例：

int a = 5;    // 0101
int b = 3;    // 0011
int c = a | b; // 0111 → 7
System.out.println(c); // 输出：7

应用：
- 合并多个标志位（如 READ | WRITE | EXECUTE）。

(3) 按位异或（`^`）

规则：两个位不同时，结果为 1，否则为 0。

示例：

int a = 5;    // 0101
int b = 3;    // 0011
int c = a ^ b; // 0110 → 6
System.out.println(c); // 输出：6

特性：
- a ^ a = 0（相同数异或为 0）。
- a ^ 0 = a（任何数与 0 异或不变）。

应用：

交换两个数（不使用临时变量）：

int x = 5, y = 3;
x = x ^ y;
y = x ^ y; // y = (x ^ y) ^ y = x
x = x ^ y; // x = (x ^ y) ^ x = y
System.out.println(x + ", " + y); // 输出：3, 5

(4) 按位取反（`~`）

规则：所有位取反（0→1，1→0）。

示例：

int a = 5;    // 0000 0101
int b = ~a;   // 1111 1010（补码表示）
System.out.println(b); // 输出：-6

注意：
- Java 使用补码表示负数，~5 实际上是 -6。

(5) 左移（`<<`）

规则：所有位向左移动，低位补 0。

示例：

int a = 5;    // 0000 0101
int b = a << 1; // 0000 1010 → 10
System.out.println(b); // 输出：10

应用：
- 快速计算 a * 2^n（如 a << 3 = a * 8）。

(6) 右移（`>>`）

规则：所有位向右移动，高位补符号位（正数补 0，负数补 1）。

示例：

int a = 5;    // 0000 0101
int b = a >> 1; // 0000 0010 → 2
int c = -5 >> 1; // 1111 1101 → -3
System.out.println(b + ", " + c); // 输出：2, -3

应用：
- 快速计算 a / 2^n（如 a >> 2 = a / 4）。

(7) 无符号右移（`>>>`）

规则：所有位向右移动，高位补 0（不考虑符号位）。

示例：

int a = -5;    // 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1011
int b = a >>> 1; // 0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1101 → 2147483645
System.out.println(b); // 输出：2147483645

应用：
- 处理无符号整数（Java 没有无符号类型，但可以用 >>> 模拟）。

3. 位运算的常见用途

(1) 判断奇偶

if ((n & 1) == 0) {System.out.println("偶数");
} else {System.out.println("奇数");
}

(2) 交换两个数

int x = 5, y = 3;
x = x ^ y;
y = x ^ y;
x = x ^ y;
System.out.println(x + ", " + y); // 输出：3, 5

(3) 计算绝对值

int a = -5;
int abs = (a ^ (a >> 31)) - (a >> 31);
System.out.println(abs); // 输出：5

(4) 判断是否为 2 的幂

boolean isPowerOfTwo = (n & (n - 1)) == 0;
System.out.println(isPowerOfTwo); // 8 → true, 7 → false

(5) 快速计算 2^n

int power = 1 << n; // 2^n
System.out.println(power); // n=3 → 8

4. 总结

运算符	用途	示例
`&`	判断奇偶、权限控制	`(n & 1) == 0`
`\|`	合并标志位	`READ \| WRITE`
`^`	交换变量、加密	`a ^= b; b ^= a; a ^= b;`
`~`	取反	`~5 → -6`
`<<`	快速乘以 2^n	`5 << 2 → 20`
`>>`	快速除以 2^n	`-5 >> 1 → -3`
`>>>`	无符号右移	`-5 >>> 1 → 2147483645`