x>0 ? x : -x Битовые операции

Прежде чем переходить к битовым операциям, необходимо уточнить, каким именно образом целые числа представляются в двоичном виде. Конечно, для неотрицательных величин это практически очевидно:

0 0 1 1 2 10 3 11 4 100 5 101

и так далее. Однако как представляются отрицательные числа? Во-первых, вводят понятие знакового бита. Первый бит начинает отвечать за знак, а именно 0 означает положительное число, 1 – отрицательное. Но не следует думать, что остальные биты остаются неизменными. Например, если рассмотреть 8-битовое представление:

-1 10000001 // это НЕВЕРНО! -2 10000010 // это НЕВЕРНО! -3 10000011 // это НЕВЕРНО!

Такой подход неверен! В частности, мы получаем сразу два представления нуля – 00000000 и 100000000, что нерационально. Правильный алгоритм можно представить себе так. Чтобы получить значение -1, надо из 0 вычесть 1:

00000000 - 00000001 ------------ - 11111111

Итак, -1 в двоичном виде представляется как 11111111. Продолжаем применять тот же алгоритм (вычитаем 1):

0 00000000 -1 11111111 -2 11111110 -3 11111101

и так далее до значения 10000000, которое представляет собой наибольшее по модулю отрицательное число. Для 8-битового представления наибольшее положительное число 01111111 (=127), а наименьшее отрицательное 10000000 (=-128). Поскольку всего 8 бит определяет 2⁸=256 значений, причем одно из них отводится для нуля, то становится ясно, почему наибольшие по модулю положительные и отрицательные значения различаются на единицу, а не совпадают.

Как известно, битовые операции 'и', 'или', 'исключающее или' принимают два аргумента и выполняют логическое действие попарно над соответствующими битами аргументов. При этом используются те же обозначения, что и для логических операторов, но, конечно, только в первом (одиночном) варианте. Например, вычислим выражение 5&6:

00000101 & 00000110 ------------- 00000100 // число 5 в двоичном виде // число 6 в двоичном виде //проделали операцию 'и' попарно над битами // в каждой позиции

То есть выражение 5&6 равно 4.

Исключение составляет лишь оператор 'не' или 'NOT', который для побитовых операций записывается как (для логических было !). Этот оператор меняет каждый бит в числе на противоположный. Например, (-1)=0. Можно легко установить общее правило для получения битового представления отрицательных чисел:

Если n – целое положительное число, то -n в битовом представлении равняется (n-1).

Наконец, осталось рассмотреть лишь операторы побитового сдвига. В Java есть один оператор сдвига влево и два варианта сдвига вправо. Такое различие связано с наличием знакового бита.

При сдвиге влево оператором << все биты числа смещаются на указанное количество позиций влево, причем освободившиеся справа позиции заполняются нулями. Эта операция аналогична умножению на 2ⁿ и действует вполне предсказуемо, как при положительных, так и при отрицательных аргументах.

Рассмотрим примеры применения операторов сдвига для значений типа int, т.е. 32-битных чисел. Пусть положительным аргументом будет число 20, а отрицательным -21.

// Сдвиг влево для положительного числа 20 20 << 00 = 00000000000000000000000000010100 = 20