一般计算机设备上,CPU 主要有 32 位和 64 位(当然,单片机有 8 位和 16 位),32 位 CPU 能够寻址的范围是 4 GB。
所以过去的电脑设备内存最高一般只能到达 4 GB。后来,随着芯片技术的发展,越来越多的机器采用了 64 位 CPU。
这使得机器的最大内存可以为 16 GB。
那么好,我们再来谈谈 32 位操作系统与 64 位操作系统。实际上它们分别是针对 CPU 类型设计的软件系统。
32 bit 是 4 byte。通常一条 CPU 指令是 4 byte。在 32 位操作系统上,如果一条 CPU 指令是 4 byte,那么 CPU 执行一次能够读取 32 bit 内容,所以一个指令周期内就能够完成指令,如果一条 CPU 指令是 8 byte 的话,那么 32 位操作系统就需要通过 2 个指令周期才能完成指令的读取,而对应的 64 位操作系统因为一次能够读取 64 bit 内容,所以它在一个指令周期就能够读取指令。所以,理论上,64 位的操作系统是要比 32 位操作系统要快 1 倍。
但还有几个需要大家注意的地方是:
64 位 CPU 机器可以安装 32 位操作系统,但效率自然跟 32 位操作系统一样。
32 位 CPU 机器也可以安装 64 位操作系统。
64 位 CPU 机器安装 64 位操作系统才最有效率,但跟软件优化也有关系。
不同的操作系统平台,给 C/C++ 基本数据类型变量分配的字节是不一样的。
32 位编译器:
char :1个字节
char*(即指针变量): 4个字节(32位的寻址空间是2^32, 即32个bit,也就是4个字节。同理64位编译器)
short int : 2个字节
int: 4个字节
unsigned int : 4个字节
float: 4个字节
double: 8个字节
long: 4个字节
long long: 8个字节
unsigned long: 4个字节
64 位编译器:
char :1个字节
char*(即指针变量): 8个字节
short int : 2个字节
int: 4个字节
unsigned int : 4个字节
float: 4个字节
double: 8个字节
long: 8个字节
long long: 8个字节
unsigned long: 8个字节
上面讲的是 C/C++ 在不同平台上的字节长度差别,但是对于 Java 而言,由于 Java 是跨平台语言,所以 JVM 表现下的基础数据字节长度其实都是一致的。
int:4 个字节。
short:2 个字节。
long:8 个字节。
byte:1 个字节。
float:4 个字节。
double:8 个字节。
char:2 个字节。
boolean:boolean属于布尔类型,在存储的时候不使用字节,仅仅使用 1 位来存储,范围仅仅为0和1,其字面量为true和false。
我们可以看到 Java 与 C/C++ 的基本数据类型字节长度有些不一致,所以涉及到网络通信交互或者是 JNI 开发时,数据的转换有时需要考虑下基础的字节长度。
本篇文章的主要内容是 Java 中的位操作,所以基础数据长度也是以 Java 中定义的为准。
原码 反码 补码
我们已经知道了一个 int 型数值是 4 个字节。每个字节有 8 位。
但对于一个 int 或者其它整数类型如 (long)的数值而言还要注意的是,它的最高位是符号位。
最高位为0表示正数。
最高位为1表示负数。
将一个数字转换成二进制就是这个数值的原码。
int a = 5; //原码 0000 0000 0000 0101
int b = -3; //原码 1000 0000 0000 0011
分两种情况:正数和负数
正数 正数的反码就是原码。
负数 负数的反码是在原码的基础上,符号位不变 其它位都取反。
5 的原码:0000 0000 0000 0101
-3 的原码:1000 0000 0000 0011
-3 的反码:1111 1111 1111 1100
仍然分正数和负数两种情况
正数 正数的补码就是原码。
负数 负数的补码在反码的基础上加 1。
5 的补码:0000 0000 0000 0101
-3 的反码:1111 1111 1111 1100
-3 的补码:1111 1111 1111 1101
计算机在进行数值运算的时候,是通过补码表示每个数值的。
5 - 3 = 5 + ( -3 )
相当于
0000 0000 0000 0101
+ 1111 1111 1111 1101
-----------------------
= 1 0000 0000 0000 0010
最后的结果是 1 0000 0000 0000 0010
这样的二进制,由于 int 类型只有 4 byte,所以最高位产生了溢出,进位 1 被丢弃。
结果就变成了 0010 也就是 2,5 - 3 = 2 没有毛病。
java 位运算
针对这个特性,我们可以将异或运算作为一个简单的数据加密的形式。
比如,将一个mp4文件所有数值与一个种子数值进行异或得到加密后的数据,解密的时候再将数据与种子数值进行异或一次就可以了。
所以说异或运算可以作为简单的加解密运算算法。
» 右移运算符
a » b 将数值 a 的二进制数值从 0 位算起到第 b - 1 位,整体向右方向移动 b 位,符号位不变,高位空出来的位补数值 0。
5 >> 1 ===> 1000 0000 0000 0101 >> 1 = 1000 0000 0000 0010 = 2
7 >> 2 ===> 1000 0000 0000 0111 >> 2 = 1000 0000 0000 0001 = 1
9 >> 3 ===> 1000 0000 0000 1001 >> 3 = 1000 0000 0000 0001 = 1
11 >> 2 ===> 1000 0000 0000 1011 >> 2 = 1000 0000 0000 0010 = 2
大家发现什么规律没有?a >> b = a / ( 2 ^ b )
所以 5 » 1= 5 / 2 = 2,11 » 2 = 11 / 4 = 2。
« 左移运算符
a « b 将数值 a 的二进制数值从 0 位算起到第 b - 1 位,整体向左方向移动 b 位,符号位不变,低位空出来的位补数值 0。
5 << 1 ===> 1000 0000 0000 0101 << 1 = 1000 0000 0000 1010 = 10
7 << 2 ===> 1000 0000 0000 0111 << 2 = 1000 0000 0001 1100 = 28
9 << 3 ===> 1000 0000 0000 1001 << 3 = 1000 0000 0100 1000 = 72
11 << 2 ===> 1000 0000 0000 1011 << 2 = 1000 0000 0010 1100 = 44
很明显就可以看出 a << b = a * (2 ^ b)
综合上面两个可以看到,如果某个数值右移 n 位,就相当于拿这个数值去除以 2 的 n 次幂。如果某个数值左移 n 位,就相当于这个数值乘以 2 ^ n。
Java 位运算(移位、位与、或、异或、非)
Java中的移位运算符
Java 位操作全面总结
可能是最通俗易懂的 Java 位操作运算讲解
位移运算符
http://www.cnblogs.com/hongten/p/hongten_java_yiweiyunsuangfu.html
计算机只有 0 和 1
bit、byte、word
32 位与 64 位操作系统