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java中byte转换int时为何与0xff进行与运算

简介: 本文总结了java中byte转换int时总是与0xff进行与运算的原因。在剖析该问题前请看如下代码: public static String bytes2HexString(byte[] b) { String ret = ""; for (int i = 0; i < b.
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本文总结了java中byte转换int时总是与0xff进行与运算的原因。

在剖析该问题前请看如下代码:

public static String bytes2HexString(byte[] b) {
 String ret = "";
 for (int i = 0; i < b.length; i++) {
 String hex = Integer.toHexString(b[ i ] & 0xFF);
 if (hex.length() == 1) {
   hex = '0' + hex;
 }
 ret += hex.toUpperCase();
 }
 return ret;
}

上面是将byte[]转化十六进制的字符串,注意这里b[ i ] & 0xFF将一个byte和 0xFF进行了与运算,然后使用Integer.toHexString取得了十六进制字符串,可以看出:b[ i ] & 0xFF 运算后得出的仍然是个int,那么为何要和 0xFF 进行与运算呢?直接 Integer.toHexString(b[ i ]);,将 byte 强转为 int 不行吗?答案是不行的。

其原因在于:
1.byte的大小为 8bits 而 int 的大小为 32bits ;
2.java的二进制采用的是补码形式 ;

在这里先温习下计算机基础理论:

byte是一个字节保存的,有8个位,即8个0、1。
8位的第一个位是符号位,也就是说0000 0001代表的是数字1 ,1000 0001代表的就是-1 。
所以正数最大位0111 1111,也就是数字127;负数最大为1111 1111,也就是数字-128 。

上面说的是二进制原码,但是在java中采用的是补码的形式,下面介绍下什么是补码(补码就是原码按位取反再加1,下边的解释有些抽象。):

1、反码
一个数如果是正,则它的反码与原码相同;
一个数如果是负,则符号位为1,其余各位是对原码取反;

2、补码:利用溢出,我们可以将减法变成加法
对于十进制数,从9得到5可用减法:
9-4=5 因为4+6=10,我们可以将6作为4的补数
改写为加法:
9+6=15(去掉高位1,也就是减10)得到5.

对于十六进制数,从c到5可用减法:
c-7=5 因为7+9=16 将9作为7的补数
改写为加法:
c+9=15(去掉高位1,也就是减16)得到5.

在计算机中,如果我们用1个字节表示一个数,一个字节有8位,超过8位就进1,在内存中情况为(100000000),进位1被丢弃。

⑴一个数为正,则它的原码、反码、补码相同
⑵一个数为负,则符号位为1,其余各位是对原码取反,然后整个数加1

- 1的原码为                10000001
- 1的反码为                11111110
                                           + 1
- 1的补码为                11111111

0的原码为                 00000000
0的反码为                 11111111(正零和负零的反码相同)
                                           +1
0的补码为               100000000(舍掉打头的1,正零和负零的补码相同)

Integer.toHexString的参数是int,如果不进行&0xff,那么当一个byte会转换成int时,由于int是32位,而byte只有8位这时会进行补位,例如补码11111111的十进制数为 -1 ,转换为int时变为 11111111111111111111111111111111,好多1啊,呵呵!即 0xffffffff,但是这个数是不对的,这种补位就会造成误差。

和0xff相与后,高24比特就会被清0了,结果就对了。

重要信息:

Java中的一个byte,其范围是-128~127的,而Integer.toHexString的参数本来是int,如果不进行&0xff,那么当一个byte会转换成int时,对于负数,会做位扩展,举例来说,一个byte的-1(即0xff),会被转换成int的-1(即0xffffffff),那么转化出的结果就不是我们想要的了。

而0xff默认是整形,所以,一个byte跟0xff相与会先将那个byte转化成整形运算,这样,结果中的高的24个比特就总会被清0,于是结果总是我们想要的。

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