Hvad er Java-bitvise operatorer, og hvordan bruges de?
Med Java-bitvise operatorer kan du manipulere individuelle bits på enhver ønsket måde. De syv operatorer er opbygget på samme måde og følger faste regler, der er lette at lære.
Hvad er bitvise operatorer, og hvad bruges de til?
Java-operatorer er et vigtigt værktøj, når man arbejder med programmeringssproget. Ud over de mange andre muligheder og funktioner giver de dig mulighed for at manipulere de mindste mulige informationsenheder: bits. Bits (binære cifre) har deres eget talsystem baseret på værdierne 0 og 1. Hvis du vil forespørge binære værdier bit for bit, har du brug for en bitvis operator i Java. Du kan anvende dette på de numeriske datatyper (byte, char, int, short, long).
Selvom du ikke har brug for funktionen til daglig, kan den være nyttig i mange situationer. Den kan for eksempel være praktisk, hvis du vil spare plads ved konvertering af data, hvis du vil bruge XOR-operatoren, eller hvis du bare vil ændre en bit. De er også grundlaget for alle højere kredsløbsoperationer. Derfor er det vigtigt at forstå den grundlæggende funktionalitet af Java-bitvise operatorer.
Hvilke Java-bitvise operatorer findes der?
Der er i alt syv forskellige bitvise operatorer i Java. For at få en helhedsforståelse starter vi med operanderne a og b.
- ~ (bitvis NOT, komplement): Denne operator inverterer bits. Et 0 bliver til et 1, og et 1 bliver til et 0.
- & (bitvis AND): Denne operator udgiver en 1, hvis begge operander er 1. Ellers udgives en 0.
- | (bitvis OR): Denne operator producerer en 1, hvis en af de to operander også er 1.
- ^ (XOR eller bitvis eksklusiv OR): Denne operator udgiver en 0, hvis begge operander har samme værdi. Ellers udgiver den en 1.
- << (venstre skift): Denne operator skifter operanden a til venstre med b positioner. Hvis dette resulterer i mellemrum, udfyldes mellemrummene med 0.
- >> (højreskift med fortegn, aritmetisk): Denne operator skifter alle bits i a b positioner til højre. Hvis biten med den højeste værdi var indstillet før udførelsen, forbliver den indstillet bagefter. Negative tal forbliver negative.
- >>>> (usigneret højreskift, logisk): Denne operator skifter bitene i a til højre med b positioner. Mellemrum udfyldes altid med 0.
Bitvis NOT
Java-bitvisoperatøren bitvis NOT repræsenteres af en tilde (~). Den negerer alle bits, så nuller bliver til ettaller og ettaller bliver til nuller. Lad os tage tallet 20 som eksempel. I binær form ser det sådan ud: 10100. Hvis vi anvender bitwise NOT-operatoren, vil hver bit i tallet blive vendt: 10100 bliver til 01011. Dette er værdien af udtrykket ~20. Hvis vi konverterer dette binære tal tilbage til et decimaltal, får vi værdien -21. Hvis du vil prøve denne proces i Java, skal du indtaste følgende kode og Java-kommandoen System.out.println for at få resultatet.
public class Main {
public static void main(String[] args) {
int value1 = 20;
System.out.println(~value1);
}
}Hvis du har indtastet alt korrekt, skal resultatet være ‘-21’.
Bitvis AND
Bitwise AND sammenligner to tal i deres binære form bit for bit. Den første bit i det første tal sammenlignes med den første bit i det andet tal, den anden med den anden bit og så videre. Hvis begge bits er 1, udgives en 1. Hvis dette ikke er tilfældet (begge bits er 0 eller en af bitsene er 0), udgives en 0. I eksemplet nedenfor ser vi på de to decimaltal 18 og 25. Som binærtal er 18 10010, og 25 i binær notation er 11001. Lad os nu sammenligne disse to tal og bestemme et tredje tal ud fra dem.
18 = 10010 25 = 11001
De to første bits i tallene er begge 1, så det resulterende tal starter også med 1. Den anden bit i 25 er også 1, men den anden bit i 18 er 0, hvilket gør cifret i det tredje tal til et 0. Efter at have gennemgået begge tal bit for bit, ender vi med det binære tal 10000. Hvis vi konverterer dette til et decimaltal, bliver resultatet 16.
Koden ser sådan ud:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(18&25);
}
}Outputtet i konsollen skal være 16.
Bitvis OR
Java-operatoren bitwise OR sammenligner også to tal bit for bit. I dette tilfælde skal dog kun den ene af de to operander have værdien 1 for at ende med resultatet 1. Hvis vi tager tallene fra det foregående eksempel, vil det se sådan ud:
18 = 10010 25 = 11001
Da alle bits undtagen det tredje ciffer indeholder mindst én 1, bliver det resulterende tal: 11011. Omregnet får vi 27.
Sådan ser dette eksempel ud i kode:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(18|25);
}
}XOR
XOR eller bitvis eksklusiv OR (^) ligner bitvis OR. Med bitvis OR skal den ene eller begge operander være 1 for at give 1 som resultat. Med XOR gives der imidlertid kun 1 som resultat, hvis nøjagtig én af de to værdier er 1. For at få en bedre forståelse af, hvordan XOR fungerer, kan vi se på et eksempel:
18 = 10010 25 = 11001
De to første bits har værdien 1, så med denne bitvise operator i Java bliver resultatet 0. Den anden bit i 18 er 0, men den anden bit i 25 er 1. Dette giver værdien 1. Hvis vi fortsætter, får vi tallet 01011. I decimalform er dette 11.
Her er koden:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(18^25);
}
}Venstre skift
Venstreforskydning forskydes værdien a til venstre med afstanden b. De resulterende tomme felter udfyldes med 0. En int-værdi, der optager 32 bits i en hukommelse, illustrerer dette tydeligt. Lad os tage tallet 20 eller 10010 for a igen og forskyd det med b-værdien 2 for at få c-værdien 1001000. Der placeres to nuller i slutningen. 1001000 svarer til decimalværdien 72.
Sådan ser denne proces ud i kode:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
int a = 20;
int b = 2;
int c = (a << b);
System.out.println(c);
}
}Højre skift med tegn
Højreskift fungerer omvendt. Her skiftes bits af værdien a til højre med værdien b, hvilket giver værdien c. Som følge heraf udelades de sidste bits. Hvis vi skifter 20 eller 10010 to pladser til højre, bliver resultatet 100 eller 4.
Her er koden:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(20 >> 2);
}
}Det er vigtigt at bemærke, at hvis a er et positivt tal, udfyldes mellemrummene med 0. Hvis det er negativt, erstattes mellemrummene med 1.
Højre skift uden tegn
I princippet fungerer Java-bitvisoperatøren højreskift uden tegn (>>>) på samme måde. Den eneste forskel er, at de mellemrum, der opstår i venstre side ved skiftet til højre, altid udfyldes med 0. Dette resulterer altid i et positivt tal, selvom startværdien var negativ.