左移运算符(<<)
基本用法
将一个运算对象的各二进制位全部左移若干位(左边的二进制位丢弃,右边补0)。
例:a = a << 2 将a的二进制位左移2位,右补0,
左移1位后a = a *2;
若左移时舍弃的高位不包含1,则每左移一位,相当于该数乘以2。
举例以及困惑
给出下面的程序,大家可以猜一猜结果是什么?
public class MainClass { public static void main(String[] args) { long i = 1L << 3; System.out.println(Long.toBinaryString(i)); i = 1L << 63; System.out.println(Long.toBinaryString(i)); i = 1L << 64; System.out.println(Long.toBinaryString(i)); } }下面是输出的结果:
1000<pre name="code" class="java">1000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001
是不是跟想象的不同?上面明明说过左边的二进制位丢弃,现在左移64位不应该是0吗?怎么会出现1呢?难道是循环移位吗?
详细解释
首先举一个例子来说明不是循环移位:
如果上面的程序改为
i = 3L << 63
程序的结果仍然为
1000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
那么就说明Java中的移位运算不是循环的。
那对上面的问题又怎么解释呢?
在JLS(Java Language Specific 15.19)中有如下解释:
If the promoted type of the left-hand operand is int, only the five lowest-order bits of the right-hand operand are used as the shift distance. It is as if the right-hand operand were subjected to a bitwise logical AND operator & (§15.22.1) with the mask value 0x1f (0b11111). The shift distance actually used is therefore always in the range 0 to 31, inclusive. If the promoted type of the left-hand operand is long, then only the six lowest-order bits of the right-hand operand are used as the shift distance. It is as if the right-hand operand were subjected to a bitwise logical AND operator & (§15.22.1) with the mask value 0x3f (0b111111). The shift distance actually used is therefore always in the range 0 to 63, inclusive.
意思是说:在移位运算中,如果被移位的操作数是int类型的,那么只会用到移位数的最低5位,如果是long类型的,那么只会用到低六位。
那么为什么是低5位和低6位呢?相信你应该明白了,int共占32位,long占64位,正好是2的5次幂和6次幂。可以理解为分别对32 和 64 取模。所以1L << 64 就会变成 1L << 0,结果自然就是1了。
关于网上的说法:
网上有许多资料说上述定义是由编译器完成的,即如果写 1L << 64 ,则编译器会将文件编译为 1L << 0 ,但是经过本人的实验发现这个过程会发生在运行时而不是编译位class文件的过程。下面是个人所做的一些实验。
实验过程:
- 将程序编译为class文件
- 使用javap输出class文件的内容
- 使用HSDIS输出虚拟机执行的汇编代码
源程序:
public class SF{ public static void main(String[] args) { new SF().sh(1,2); } public int sh(int a , int b){ return (a << 32); } }
注意此处使用的是int类型
在windows环境下的批处理文件
javac SF.java javap -verbose SF > sfp.txt java -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintAssembly -Xcomp -XX:CompileCommand=dontinline,*SF.sh -XX:CompileCommand=compileonly,*SF.sh SF > sfasm.txt pause
这里需要用到HSDIS插件才能输出汇编代码。可以到https://kenai.com/projects/base-hsdis/downloads下载,但是上面并不提供windows版本的插件,可以到http://hllvm.group.iteye.com/下载windows X86的插件。
下面是javap的结果。
iload_1 为取得参数a,在栈中push 32 后,进行移位操作。ishl中的i指代的是int的移位操作。
再看反汇编的输出:
[Verified Entry Point] 0x01c92e50: mov %eax,-0x4000(%esp) 0x01c92e57: push %ebp 0x01c92e58: sub $0x18,%esp ;*iload_1 ; - SF::sh@0 (line 7) 0x01c92e5b: shl $0x0,%edx 0x01c92e5e: mov %edx,%eax 0x01c92e60: add $0x18,%esp 0x01c92e63: pop %ebp 0x01c92e64: test %eax,0x140100 ; {poll_return}
看到在分配完栈空间后,在0x01c92e5b这一行中,进行了移位,操作数为0x0