理解Java无符号数

Question

我希望了解如何将有符号数转换为无符号数。

假设我有以下内容：

byte number = 127; // '1111111'

为了使其无符号，我必须选择“更大”的数据类型“short”，并使用值0x00ff应用AND运算符。

short number2;  
number2 = number & 0x00ff;

为什么会将数字变成无符号数？

- shlomjmi

Answer 1

Java实际上没有无符号的基本类型。

值127实际上由“01111111”表示，第一个位是符号（0为正数）。

无符号字节可以保存0到255之间的值，但127是有符号字节的最大值。由于一个字节有8个位，有符号的字节消耗一个位来保存符号。因此，如果您想表示大于127的值，则需要使用具有更多位数的更大类型。更大的类型也有一个保留位用于符号，但至少有8个位用于实际值，因此您可以表示值255。

话虽如此，在Java中应该避免使用byte和short，因为它们存在问题。你会注意到我将结果转换为short，因为运算符实际上返回int。在Java中，您应该只使用int和long，因为它们的实现更好。

编辑：AND运算符使其无符号，因为符号位是short的第一位，并且您将包含字节值的8位复制到short的最后8位。因此，如果您有一个负数，第一个位是1（这意味着它是负数），实际上成为值的一部分。而short始终为正数，因为它的符号位太高的2的幂，因此不受short影响。

 byte:             10101101
                    ||||||| <- actual value
short:     0000000010101101
            ||||||||||||||| <- actual value

编辑2：请注意，由于负值使用二进制补码表示法，所以值可能与您预期的不同。所有正值保持不变。
但是，-128 = 0x10000000将变为128
-127 = 0x10000001将变为129
依此类推，直到-1 = 0x11111111，它将变为255

- Andrei Fierbinteanu

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有关byte和short的问题，有什么参考链接吗？我偶尔会使用byte，但从未真正使用过short。 - Dean J

这里的第一个例子说明了这个观点：http://blog.mpathirage.com/2010/06/27/java-puzzlers-phantom-reference-menace-attack-of-the-clone-revenge-of-the-shift/ 如果您在short类型上使用任何操作符，如+或-，它实际上会转换为int类型，这可能会造成调用重载方法时的问题。 - Andrei Fierbinteanu

Java确实有一种无符号原始类型，它被称为“char” :) 但大多数情况下其范围有点受限。 - Jörn Horstmann

不，看我的第二次编辑；-127是10000001；第一个1表示它是负数，而0000001则表示它以二进制补码表示（0000001 = 2^n - 127；其中n是该类型的位数，在字节的情况下n=8）；因此它是11111111 AND 10000001，即129。 - Andrei Fierbinteanu

@shlomjmi；许多编程语言使用二进制补码，因为它非常快速地将数字相加。00000001（一）加上11111110（负一）等于00000000（零）。您可以通过将两者进行“&”（与）操作来进行加法运算，并将溢出向左传递。 - Dean J

Answer 2

Java没有无符号数据类型。你只需要转换为“更大”的数据类型，就可以了。

- foret

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我问了如何通过这个AND操作使它变成无符号的。 - shlomjmi

它并不会使其成为无符号类型。通过位移操作的魔法最多只能抛弃负数。但这并不会使其成为无符号类型。不管怎样，你认为这是如何发生的？位移操作意外地创建了新的子类或在JVM中进行了黑客攻击吗？ - foret

Answer 3

如果你只是从负字节转换为整数，那么整数也将是负数。因此，你需要取负整数（或在你的示例中为短整型），并将最高的3个字节（整数）设置为0x00。

- Christian Ullenboom