Java 位运算对比详解 & | ^ ~

位运算是直接对整数的二进制位进行操作的运算，Java 提供了多种位运算符，适用于高效处理二进制数据、优化性能或实现特定算法。以下是 Java 中常用的位运算符及其用法：

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1. 位运算符列表

运算符	名称	描述
&	按位与（AND）	两个操作数的对应位都为 1 时，结果为 1，否则为 0。
`	`	按位或（OR）	两个操作数的对应位有一个为 1 时，结果为 1，否则为 0。
^	按位异或（XOR）	两个操作数的对应位不同时，结果为 1，否则为 0。
~	按位取反（NOT）	对操作数的每一位取反（0 变 1，1 变 0）。
<<	左移	将操作数的二进制位向左移动，右侧补 0。
>>	右移（带符号）	将操作数的二进制位向右移动，左侧补符号位（正数补 0，负数补 1）。
>>>	无符号右移	将操作数的二进制位向右移动，左侧补 0。

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2. 位运算符详解

（1）按位与 &

• 规则：两个操作数的对应位都为 1 时，结果为 1，否则为 0。

• 示例：

  int a = 5;  // 二进制: 0101
  int b = 3;  // 二进制: 0011
  int result = a & b; // 二进制: 0001，十进制: 1
  System.out.println(result); // 输出: 1

（2）按位或 |

• 规则：两个操作数的对应位有一个为 1 时，结果为 1，否则为 0。

• 示例：

  int a = 5;  // 二进制: 0101
  int b = 3;  // 二进制: 0011
  int result = a | b; // 二进制: 0111，十进制: 7
  System.out.println(result); // 输出: 7

（3）按位异或 ^

• 规则：两个操作数的对应位不同时，结果为 1，否则为 0。

• 示例：

  int a = 5;  // 二进制: 0101
  int b = 3;  // 二进制: 0011
  int result = a ^ b; // 二进制: 0110，十进制: 6
  System.out.println(result); // 输出: 6

（4）按位取反 ~

• 规则：对操作数的每一位取反（0 变 1，1 变 0）。

• 示例：

  int a = 5;  // 二进制: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101
  int result = ~a; // 二进制: 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1010，十进制: -6
  System.out.println(result); // 输出: -6

（5）左移 <<

• 规则：将操作数的二进制位向左移动，右侧补 0。

• 示例：

  int a = 5;  // 二进制: 0101
  int result = a << 1; // 二进制: 1010，十进制: 10
  System.out.println(result); // 输出: 10

（6）右移 >>

• 规则：将操作数的二进制位向右移动，左侧补符号位（正数补 0，负数补 1）。

• 示例：

  int a = 5;  // 二进制: 0101
  int result = a >> 1; // 二进制: 0010，十进制: 2
  System.out.println(result); // 输出: 2

（7）无符号右移 >>>

• 规则：将操作数的二进制位向右移动，左侧补 0。

• 示例：

  int a = -5; // 二进制: 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1011
  int result = a >>> 1; // 二进制: 0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1101，十进制: 2147483645
  System.out.println(result); // 输出: 2147483645

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3. 位运算的应用场景

（1）高效计算

• 乘除 2 的幂：

  • 左移 << 等价于乘以 2 的幂。

  • 右移 >> 等价于除以 2 的幂。

  int a = 10;
  int multiply = a << 1; // 10 * 2 = 20
  int divide = a >> 1;   // 10 / 2 = 5

（2）权限控制

• 使用位掩码表示权限：

  int READ = 1;    // 0001
  int WRITE = 2;   // 0010
  int EXECUTE = 4; // 0100
  
  int permissions = READ | WRITE; // 0011（可读可写）
  boolean canRead = (permissions & READ) != 0; // true
  boolean canExecute = (permissions & EXECUTE) != 0; // false

（3）哈希计算

• 在 HashMap 中，使用位运算计算数组下标：

  int hash = key.hashCode();
  int index = (n - 1) & hash; // n 是数组长度

（4）数据压缩

• 将多个布尔值压缩到一个整数中：

  int flags = 0;
  flags |= (1 << 0); // 设置第 0 位为 1
  flags |= (1 << 1); // 设置第 1 位为 1
  boolean isSet = (flags & (1 << 0)) != 0; // 检查第 0 位是否为 1

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4. 注意事项

• 符号位 ：右移 >> 会保留符号位，而无符号右移 >>> 不会。
• 溢出：左移可能导致溢出，尤其是对负数操作时。
• 可读性：位运算虽然高效，但代码可读性较差，需谨慎使用。

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~~Summary

• 位运算是对二进制位的直接操作，适用于高效计算、权限控制、哈希计算等场景。
• Java 提供了丰富的位运算符，包括 &、|、^、~、<<、>>、>>>。
• 位运算虽然高效，但需注意符号位和溢出问题。