Java中位运算符如何处理布尔值

Question

请考虑以下示例。

int i=11, j=5;
boolean b=true, c=false;
System.out.println(b&c); // --> output=false
System.out.println(i&j); // --> output=1

位运算与操作符在布尔变量上的工作原理是什么？

- Bhadri

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我想指出的是，可以在布尔值上使用 & 和 | 的原因是它们不会短路，而 && 和 || 会短路。 - ILMTitan

Answer 1

在Java中，布尔类型不支持位运算。但是，逻辑运算（在JLS的§15.22.2中指定）可以使用&和|进行操作。

• &表示逻辑与（仅当两个参数均为true时才返回true）
• |表示逻辑或（当至少一个参数为true时返回true）。

请注意，按位运算也使用相同的运算符，但是只有当两个操作数都可以转换为整数类型（即byte、char、short、int、long及其相应的包装器）时才适用。

由于这篇文章引起了一些...激烈的讨论，我想澄清一下我坚持“按位”和“逻辑”操作之间差异的原因。

首先：是的，在某个层面上，这两个操作将完全相同，除了它们的输入大小（由于优化可能甚至是相同的）。

但是，这里至少有3个层次：

• Java语言

  Java语言规范将boolean定义为具有两个值true和false的原始类型。它没有为这些值定义数字值，也没有直接将其转换为数字类型或反之（请参见§4.2.2的最后一句话）。

• Java虚拟机

  Java虚拟机规范 定义了boolean类型，但提供了非常少的支持。

  它还对转换进行了如下说明

  Java虚拟机使用1表示true，0表示false来编码boolean数组组件。在编译器将Java编程语言boolean值映射到Java虚拟机类型int值的情况下，编译器必须使用相同的编码方式。

  JVM中实现此要求的最简单方法显然是让1是true，0是false，并将转换操作作为无操作执行。这也是最可能的实现方式，但不一定是唯一正确的实现方式。

• 硬件

  这因CPU而异，但大多数CPU都不支持boolean类型（为什么要支持？），因此对boolean的操作在这里将使用正常的位运算。

- Joachim Sauer

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如果您观察上面的输出，当我们对整数进行位运算时，它表现得非常完美。但是当我们进行布尔位运算时，它会返回true或false... 当JVM在布尔变量上执行位运算时，它实际上在做什么？ 它是否将true作为内部数字值处理？ - Bhadri

我同意这是布尔逻辑，但它仍被视为位运算。你还忘了提到位移操作。 - Trevor Arjeski

Java中的boolean类型没有位运算。就是这么简单。在上面的示例中(a&b)发生的是逻辑与，正如JLS中所指定的那样(请参见我的答案中的链接)。 - Joachim Sauer

@Trevor：但他问的是“布尔值如何处理”（重点在我这里）。 - Joachim Sauer

@Trevor：我如此坚持的原因不是因为我的自尊心（谢谢，它很好;-)），而是因为这是与C（和一些基于C的语言）的重要区别：boolean是一种独立的类型，而不仅仅是“非常小的整数”。JLS就是这样处理它的，它可能有一个很好的理由。 - Joachim Sauer

Answer 2

对于布尔类型：

运算符&和&&被视为逻辑AND。

运算符|和||被视为逻辑OR。

您还可以使用^执行XOR，使用!执行NOT。

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这在JVM中如何工作，与位操作整数相比如何？

在字节码级别上，FALSE的值为0，TRUE的值为1。来自javap -c java.lang.Boolean

static {};
  Code:
   0:   new     #56; //class java/lang/Boolean
   3:   dup
   4:   iconst_1
   5:   invokespecial   #89; //Method "<init>":(Z)V
   8:   putstatic       #86; //Field TRUE:Ljava/lang/Boolean;
   11:  new     #56; //class java/lang/Boolean
   14:  dup
   15:  iconst_0
   16:  invokespecial   #89; //Method "<init>":(Z)V
   19:  putstatic       #85; //Field FALSE:Ljava/lang/Boolean;

在这段代码中，它将TRUE定义为new Boolean(true)，你可以看到使用iconst_1将true推入堆栈，类似于push(1)。同样，iconst_0或0用于false。

如果将false <=> 0和true <=> 1进行映射，您会发现&和|对于int和boolean的工作方式相同。

- Peter Lawrey

Answer 3

针对你的情况，我认为&和&&之间唯一的区别在于，对于&，即使第一个操作数的值为false，第二个操作数仍将被计算，而对于&&，如果第一个操作数的值为false，则不会计算第二个操作数。

如果您的表达式中有昂贵的方法，这一点尤为相关。

- Riggy

Answer 4

你所进行的第一个操作 - TRUE & FALSE 被视为 1 和 0，即 false。

第二个操作 - 11 & 5 被视为二进制值 1011 和 0101 进行与运算，结果为 0001。

- Trevor Arjeski