浅谈Java中的补零扩展和补符号位扩展

今天，魏屌出了一道题，题目如下：

定义一个大头序的byte[]a={-1,-2,-3,-4}，转换成short[]b.问b[0]和b[1]分别是多少？

乍一看，这题不难，无非就是移位操作，再进行组合。但是呢？对于用Java的童鞋来说，这里面有一个坑，稍不注意可能就踩进去了。在说之前，我先把代码和答案贴出来吧。

看到这里，可能有的童鞋比较奇怪，为啥要&0xff，这不相当于没变化吗？非也，不信我举个例子。

 

答案是-127和129。很奇怪不是吗？我想的明明都是-127啊！！！

解答这个问题之前，我们先注意一下，b1的类型是int，而不是byte，这是因为byte的任何计算操作之后，都默认转成int，先明确这个概念。

然后，重头戏来了，大学计算机组成原理我们都学过原码，反码和补码，概念问题这里就不说了，也不用想书本上那些定义，学以致用嘛，一张图说明问题。

是不是很easy？这里再强调一个问题，就是Java中只有有符号数！Java中只有有符号数！Java中只有有符号数！重要的事情说三遍！

那么好了，Java中的数值存储就像这个大圆盘！

我们接着看为什么输出129？已知byte经过计算之后会变成int，但是人家int是32位的啊，byte才8位，所以只能补位啦，诶呀，问题来啦，怎么补位呢？这也是今天想强调的哦！

b是byte类型，其计算机存储的补码是10000001（8位）。

转成int后，Java中的扩展方式是补符号位扩展，何谓补符号位扩展？就是变成了11111111 11111111 11111111 10000001（32位），为啥要这样变？因为这样变还是-127，数值大小没有变！

而我们如果&0xff呢？ b&0xff=11111111 11111111 11111111 10000001&11111111=00000000 00000000 00000000 10000001，这个值就是129，这就是补零扩展啦！所以129的问题解决啦！

什么？你问补零扩展有什么用？我们回到魏屌的那道题，两个byte合成一个short，short可是16位哦，如果我们不&0xff，即写成

s[1] = (short)((bs[2] << 8) | bs[3]);

输出结果发现变成了-4。为什么呢？

还是刚才那个思路啊，bs[2]是-3，即11111101，bs[3]是-4，即11111100，

(bs[2] << 8)就变成了11111111 11111111 11111101 00000000，

((bs[2] << 8) | bs[3])就变成了11111111 11111111 11111101 00000000 | 11111111 11111111 11111111 11111100 = 11111111 11111111 11111111 11111100，

再转成short，就是11111111 11111100，结果就是-4啦！就酱紫！

所以Java中byte和short互相转换的代码应该是：

// short转byte
short x = -32752;//定义一个short
byte high = (byte) (0xFF & (x>>8));//定义第一个byte
byte low = (byte) (0xFF & x);//定义第二个byte
System.out.println(high);//打印第一个byte值
System.out.println(low);//打印第二个byte值
// byte转short
short z = (short)(((high & 0xFF) << 8) | (0xFF & low));
System.out.println(z);//输出的结果就是-32752

 

最后总结一下：

因为Java中只有有符号数，当byte扩展到short, int时，即正数都一样，因为符号位是0，所以无论如何都是补零扩展；但负数补零扩展和按符号位扩展结果完全不同。

补符号数，原数值不变。

补零时，相当于把有符号数看成无符号数，比如-127 = 0x81，看成无符号数就是129， 256 + （- 127）。

对于有符号数，从小扩展大时，需要用&0xff这样方式来确保是按补零扩展。

而从大向小处理，符号位自动无效，所以不用处理。