Java二進制操作指南

移位

位運算中大多數操作都是向左移位和向右移位。在Java中，這對應著<<和>>這兩個操作符，示例如下：

/ 00000001 << 1 = 00000010 /
1 << 1 == 2

/ 00000001 << 3 = 00001000 /
1 << 3 == 8
/ 11111111 11111111 11111111 11110000 >> 4 = 11111111 11111111 11111111 11111111 /
0xFFFFFFF0 >> 4 == 0xFFFFFFFF
/ 00001111 11111111 11111111 11111111 >> 4 = 00000000 11111111 11111111 11111111 /
0x0FFFFFFF >> 4 == 0x00FFFFFF</pre> 
注意：向右移位是有符號操作符。和許多語言一樣，Java使用最高位來表示數值的正負，負數的最高位永遠為1。一個以1開頭的二進制數移位后還將以1開頭，一個以0開頭的二進制樹移位后還將以0開頭。所以要小心：Java是可以在整數中進行位運算的。 

你可以使用叫作“無符號右移”運算符的第三個操作符：>>> 來實現以“0”填充的移位，這種移位會忽略符號位并總是用“0”來填充。 

/ 10000000 00000000 00000000 00000000 >>> 1 = 01000000 00000000 00000000 00000000 /
0x80000000 >>> 1 == 0x40000000

/ 10000000 00000000 00000000 00000000 >> 1 = 11000000 00000000 00000000 00000000 /
0x80000000 >> 1  == 0xC0000000</pre> 
最大的用途之一是迅速求2的冪。1向左移位1位是2，移2位是4，移3位是8…… 相似的，向右移1位相當于是把該數除以2。 

另一個用途便是創建掩碼。位掩碼可用于屏蔽或者修改一個二進制數中的某些指定位，下一部分會進行詳細講解。假如我們想要創建一個

00001000的掩碼，代碼十分簡單： 

int bitmask = 1 << 3;
 
你可以使用位運算操作符來創建更復雜的掩碼，下一部分同樣會講解位運算操作符。 

位運算操作符 

以下是Java中四個常見的位操作符： 


~ – 按位取反 

& – 按位與 

~ – 按位異或 

| – 按位或 
</ul>

簡單應用如下（簡單起見，只展示二進制） 

1010 & 0101 == 0000
1100 & 0110 == 0100

1010 | 0101 == 1111
1100 | 0110 == 1110
~1111 == 0000
~0011 == 1100
1010 ^ 0101 == 1111
1100 ^ 0110 == 1010</pre> 
比如，你可以通過“或”運算，把一個二進制數上的指定位“設置”為1，并且不會影響到其他位。 

10000001 | 00100000 = 10100001 /* 第五位設為1 */
10000001 | 1 << 5 = 10100001 /* 同樣作用 */
00000000 | 1 << 2 | 1 << 5 = 00100100
 
有些技巧可以讓你在寫的時候免去分支判斷，我就不在這里描述了，你可以自己看看。 

如果你想要選擇性的把某位設為0，你可以讓數與一個全1但是某位為0的數相與。 

01010101 & ~(1<<2) == 01010101 & 11111011 == 01010001
 
關于位順序 

假設最高位是在左邊： 

10010110
^      ^
|      |------- 第 0 位
|
|-------------- 第 7 位
 
注意，第0位的值是2^0，第一位是2^1，……，第7位的值是2^7。 

使用ParseInt 

在你的代碼里操作二進制數字的便利方法是使用Integer.parseInt()方法。Integer.parseInt(“101″,2)代表著把二進制數101轉換為十進制數（5）。這意味著，利用這個方法你甚至可以在for循環里使用二進制數字： 

/* 從5到15的循環 */
for (int b = Integer.parseInt("0101",2); b <= Integer.parseInt("1111",2); b++) {
    /* 做些什么 */
}
 
位讀寫 

建議：自己實現一個用來把二進制位（比特）轉換為流并讀寫的類，盡量不要使用Java的輸入輸出流，因為Java的流只能按字節操作。你會覺得“給我接下來的N個比特”和“把指針往前移M位”這種功能是非常實用的。比如，你可以讀取足夠的數據來確定最長的霍夫曼編碼的長度，當你得到你剛剛讀取的霍夫曼編碼的實際長度之后，你就可以把指針往前移相應長度。一個這樣的類可以把位運算丑陋的一面劃分成一個眼熟的代碼塊。 

類似的，如果你追求速度的話，那你會意外的發現表查找是如此強大。假如你有一個霍夫曼編碼以0開頭，并且其他的編碼長度均為3而且以1開頭，這意味著你需要一個可以容納8(2^3)個項的表格，你的表格可能是這樣的： 

char code[8];
int codelen[8];

code[0] = 'a'; codelen[0] = 1;
code[1] = 'a'; codelen[1] = 1;
code[2] = 'a'; codelen[2] = 1;
code[3] = 'a'; codelen[3] = 1;
code[4] = 'b'; codelen[4] = 3;
code[5] = 'c'; codelen[5] = 3;
code[6] = 'd'; codelen[6] = 3;
code[7] = 'e'; codelen[7] = 3;</pre> 
通過兩次查找，你就可以定位到你要找的字符，并且還可以知道下一個字符在前面多少位置。這可要比某些一遍遍的循環去查找全部字符要劃算的多，也更節省內存。 


課后作業：用代碼實現以上表格的自動生成。想要更刺激的話，允許表格中的比特可變長。如果要查找的字符不在當前表，那就自動往下一個表去找，這是一種空間換時間的辦法。 
</blockquote>
原文鏈接： sys.cs.rice.edu 翻譯： ImportNew.com - 吳 鵬煜

譯文鏈接： http://www.importnew.com/15060.html