位运算直接操作二进制位，在处理底层数据、加密算法、图像处理等领域具有高效性能和效率。本文将深入探讨Java中的位运算。

一、位运算简介

在Java中，位运算主要有以下几种：与（&）、或（|）、异或（^）、取反（~）、左移（<<）、右移（>>）和无符号右移（>>>）。

1. 与运算

与运算的规则是：只有当两个对应位都为 1 时，结果位才为 1，否则为 0。

public class BitwiseAnd {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5; // 0101
        int b = 3; // 0011
        int result = a & b; // 0001
        System.out.println("5 & 3 = " + result);
    }
}

2. 或运算

或运算的规则是：只要两个对应位中有一个为 1，结果位就为 1，只有当两个位都为 0 时，结果位才为 0。

public class BitwiseOr {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5; //  0101
        int b = 3; //  0011
        int result = a | b; //  0111
        System.out.println("5 | 3 = " + result);
    }
}

异或运算

异或运算的规则是：当两个对应位不同时，结果位为 1，相同时结果位为 0。

public class BitwiseXor {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5; // 0101
        int b = 3; // 0011
        int result = a ^ b; //  0110
        System.out.println("5 ^ 3 = " + result);
    }
}

取反运算

取反运算会将每一位取反，即 0 变为 1，1 变为 0。

public class BitwiseNot {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5; //  0101
        int result = ~a; //  1010
        System.out.println("~5 = " + result);
    }
}

取反运算得到的结果是补码表示

左移运算

左移运算会将二进制位向左移动指定的位数，右边空出的位用 0 填充。

public class LeftShift {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5; //  0101
        int result = a << 2; //  010100
        System.out.println("5 << 2 = " + result);
    }
}

右移运算

右移运算会将二进制位向右移动指定的位数，左边空出的位用符号位填充（正数用 0 填充，负数用 1 填充）。

public class RightShift {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5; //  0101
        int result = a >> 1; //  0010
        System.out.println("5 >> 1 = " + result);
    }
}

无符号右移运算

无符号右移运算会将二进制位向右移动指定的位数，左边空出的位用 0 填充，不考虑符号位。

public class UnsignedRightShift {
    public static void main(String[] args) {
        int a = -5; //  11111111111111111111111111111011
        int result = a >>> 1; //  01111111111111111111111111111101
        System.out.println("-5 >>> 1 = " + result);
    }
}

二、位运算的实际应用

1. 权限管理

位运算可以用于权限管理，通过不同的位来表示不同的权限。

public class PermissionManager {
    public static final int READ_PERMISSION = 1; // 0001
    public static final int WRITE_PERMISSION = 2; // 0010
    public static final int EXECUTE_PERMISSION = 4; // 0100

    private int permissions;

    public PermissionManager() {
        this.permissions = 0;
    }

    // 添加权限
    public void addPermission(int permission) {
        permissions = permissions | permission;
    }

    // 检查权限
    public boolean hasPermission(int permission) {
        return (permissions & permission) == permission;
    }

    public static void main(String[] args) {
        PermissionManager manager = new PermissionManager();
        manager.addPermission(READ_PERMISSION);
        manager.addPermission(WRITE_PERMISSION);
        System.out.println( manager.hasPermission(READ_PERMISSION));
        System.out.println(manager.hasPermission(EXECUTE_PERMISSION));
    }
}

2. 交换两个变量的值

不使用临时变量，通过异或运算可以交换两个变量的值：

public class SwapVariables {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5;
        int b = 3;
        System.out.println(" a = " + a + ", b = " + b);
        a = a ^ b;
        b = a ^ b;
        a = a ^ b;
        System.out.println(" a = " + a + ", b = " + b);
    }
}

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