Java位移操作的奇怪行为

Question

Java有两个位移运算符用于右移操作：

>> shifts right, and is dependant on the sign bit for the sign of the result

>>> shifts right and shifts a zero into leftmost bits

http://java.sun.com/docs/books/tutorial/java/nutsandbolts/op3.html

这个问题看起来很简单，但是请问有人能解释为什么当bar的值为-128时，下面的代码会使foo的值变成-2：

byte foo = (byte)((bar & ((byte)-64)) >>> 6);

这个功能的目的是取一个8位字节，屏蔽掉左侧的2位，然后将它们移动到右侧的2位。例如：

initial = 0b10000000 (-128)
-64 = 0b11000000
initial & -64 = 0b10000000
0b10000000 >>> 6 = 0b00000010

实际上，结果是-2。

0b11111110

将1秒左移而不是零位

- Martin

Answer 1

这是因为 & 实际上会将值提升为 int 类型 - 这样就留下了很多 "1" 位。然后您进行右移，将最左边的 2 位设置为 0，但是然后通过转换回字节来忽略那些最左边的位。

如果您将操作分开，这就变得更清晰了：

public class Test
{
    public static void main(String[] args)
    {
        byte bar = -128;
        int tmp = (bar & ((byte)-64)) >>> 6;
        byte foo = (byte)tmp;
        System.out.println(tmp);
        System.out.println(foo);
    }
}

打印

67108862
-2

现在让我们再来进行一次位运算：

initial = 0b10000000 (-128)
-64 = 0b11000000
initial & -64 = 0b11111111111111111111111110000000 // it's an int now
0b10000000 >>> 6 = 0b00111111111111111111111111100000 // note zero-padding
(byte) (0b10000000 >>> 6) = 11100000 // -2

即使你通过强制转换得到了正确的&运算结果，在使用>>>时，它仍会先将第一个操作数提升为int类型。

编辑：解决方法是改变掩码方式。不要使用-64进行掩码，而是使用128+64=192=0xc0进行掩码。

byte foo = (byte)((bar & 0xc0) >>> 6);

这样你就只剩下了想要的两个比特，而不是在最高有效位的24个比特中有一堆1。

- Jon Skeet

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@Martin：不会的，因为位移运算也会实现类型提升。我会在一分钟内编辑一个解决方案。 - Jon Skeet

非常感谢，显然你的bitfoo比我的更大 ;) - Martin

请注意，这里不需要使用 >>>，因为符号位已经被清除。此外，原帖作者想要的是前两位，即 0xC0。 - PSpeed

Answer 2

其他人已经告诉你为什么，但我会更进一步地解释，并提供真正的解决方案。

byte foo = (byte)((bar & ((byte)-64)) >>> 6);

由于 & 运算符会将所有内容提升为 int 类型，因此这实际上是做了以下操作：

byte foo = (byte)(((int)bar & (int)((byte)-64)) >>> 6);

如果bar为-128，那么(int)bar就是0xFFFFFF80，然后再与0xFFFFFFC0进行&操作...这个结果是：0xFFFFFF80，你需要将其向右移动6位以得到：0x3FFFFFFE。

正确答案非常简单：

byte foo = (byte)((bar & 0xC0) >> 6);

将bar提升为int类型以进行“&”操作，因此在该int中仅剩下原始字节的前两位。然后将其右移6位并转换回字节。

- PSpeed

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你说0xC0，Jon说0xD0。我想我必须检查一下你们两个的逻辑... - Martin

@Martin：0xC0 是正确的。我已经修正了我的回答。真是尴尬 :) - Jon Skeet

我开始得出这个结论，我正在进行三重检查它，从不怀疑伟大的 Skeet！ ;) - Martin

Answer 3

据我所知，在Java中，大多数运算符（+、-、>>、&等）不能用于比int更小的数据类型。因此，你的位移操作和&会在后台将值隐式转换为int，然后通过显式转换将其转换回byte。最后一次转换会丢弃高位中的零。

如果要得到预期的结果，请在int上进行这些操作。

- MAK