在嵌入式开发、物联网、自动化控制等领域，串口通信作为一种常见且可靠的通信方式，扮演着重要角色。本文将聚焦于Java环境中串口通信的核心环节——如何正确地将十六进制字符串转换为字节数组，并通过串口发送。我们将探讨常见的误区、正确处理流程、相关代码实现及应用场景，帮助开发者避免混淆，提升串口数据传输的准确性和效率。
一、内容
1. 十六进制字符串与字节数组的关系
在串口通信中，数据通常以字节形式传输。有时，为了便于人眼阅读和编写，这些字节值会被编码为十六进制字符串。例如，字节序列“53 A8 C0 00 00 20 41 00…”代表一组待发送的字节数据。
2. 错误的处理方式与问题
在实际编程过程中，开发者可能会遇到如下两种典型错误：
错误一：直接调用 getBytes() 方法
String hexString = "53 A8 C0 00 00 20 41 00..."; byte[] data = hexString.getBytes();
因为Java的 getBytes() 方法不会直接接受十六进制字符串作为输入并将其转换为字节数组，而是将十六进制字符串视作普通文本，将每个字符转换为其对应的ASCII值，而非字节值。输出结果与预期不符。
错误二：未正确处理带空格的十六进制字符串
String hexString = "53 A8 C0 00 00 20 41 00..."; byte[] data = hexString.replaceAll("\\s", "").getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
虽然去除了空格，但使用 getBytes() 方法依然会将字符转换为ASCII值。此外，UTF-8编码可能导致非预期的字节序列。
3. 正确的十六进制字符串转字节数组方法
private static byte[] hexStringToByteArray(String s) { String[] hexParts = s.split(" "); byte[] data = new byte[hexParts.length]; for (int i = 0; i < hexParts.length; i++) { data[i] = (byte) Integer.parseInt(hexParts[i], 16); } return data; }
此方法首先使用 split(" ") 将十六进制字符串按照空格分割成多个部分，然后逐个将每个部分转换为字节并放入数组中。
注意：如果字符串中的空格不规则，或者有额外的非十六进制字符，还需要进一步的预处理步骤来确保输入的有效性和准确性。
4.Java中字节溢出问题
Java中的byte类型是有符号的，其值域范围为-128到127。当处理十六进制数值时，如果该数值对应的十进制值超过127，转换为byte类型时会触发字节溢出，导致结果以负数形式呈现。
举例说明：十六进制A8转为十进制
以十六进制数A8为例，其对应的十进制数为168。然而，当我们将A8视作一个有符号的8位字节（即byte类型）时，其解释会发生变化。
- 十六进制转二进制：
A8对应的二进制形式为10101000。 - 识别符号位：在8位带符号整数中，最高位（最左边的位）为符号位。对于
10101000，最高位为1，表明这是一个负数。 - 计算负数绝对值：对于负数，其补码表示方法为：取反加一得到原码的补码。
A8的补码为01010111，转换为十进制为87。 - 得出最终负数：根据补码计算规则，负数的值等于
-(-87 + 1)，即-88。因此，在8位有符号整数的表示下，十六进制数A8对应着十进制的-88。
综上所述，A8在Java的byte类型中表现为-88，而非其原本的十进制值168。这是由于byte类型的有符号特性以及其有限的值域范围（-128到127）导致的。为清晰展示字节数据的真实数值，可以先将其转换为无符号整数类型再进行打印或处理。
5.Java不支持无符号类型
Java编程语言并未像C或C++那样提供直接的无符号整数类型，如unsigned char。在Java中，所有的基本整数类型（如byte、short、int、long）均是有符号的，意味着它们既能表示正数，也能表示负数。
当需要处理无符号字节数据时，可以采用特定方法模拟其行为。例如，当从串口接收一个字节并希望将其作为无符号8位整数对待时，可以将byte转换为int类型，并确保正确解析其正数值。以下是一个具体的转换示例：
byte signedByte = (byte) 0xA8; // 假设为从串口接收到的有符号字节数据 int unsignedInt = signedByte & 0xFF; // 通过位运算将字节转换为无符号整数 System.out.println(unsignedInt); // 输出：168
这里，使用位与操作符(&)与常量0xFF（二进制全1，相当于十进制的255）进行位运算。由于byte只有8位，其余高位均为0，与0xFF进行位与运算相当于保留其原有的8位二进制值，同时将高位补足为0，从而得到一个无符号的int值。
尽管原始的十六进制数A8（对应十进制168）在Java的byte类型中可能表现为负数（如-88），通过上述转换，我们能够准确地以无符号整数形式展示其原始数值168。这种转换方法在处理串口通信、网络协议、文件读写等涉及字节数据操作的场景中尤为有用，有助于消除因有符号溢出导致的负数表示带来的混淆，确保数据的正确解析。
二、总结
- 区别：错误的处理方式将十六进制字符串视为普通文本，导致输出的是字符的ASCII值而非原始字节。正确的方法则是将每个十六进制字符对转换为对应的字节值。
- 应用场景：串口设备配置、传感器数据采集、通信协议实现等场景均涉及十六进制字符串到字节数组的转换。
