【计算机组成原理】16进制 & 0xff 的作用

1、为什么用16进制

计算机硬件是0101二进制的,16进制刚好是2的倍数,更容易表达一个命令或者数据。
最早规定ASCII字符集采用的就是8bit(后期扩展了,但是基础单位还是8bit), 8bit用2个16进制直接就能表达出来,不管阅读还是存储都比其他进制要方便

计算机中CPU运算也是遵照ASCII字符集,以16、32、64的这样的方式在发展,因此数据交换的时候16进制也显得更好。
为了统一规范,CPU、内存、硬盘我们看到都是采用的16进制计算。

2、目前16进制的一些用途

网络编程,数据交换的时候需要对字节进行解析都是一个byte一个byte的处理,1个byte可以用0xFF两个16进制来表达。
数据存储,存储到硬件中是0101的方式,存储到系统中的表达方式都是byte方式。

一些常用值的定义,比如:我们经常用到的html中color表达,就是用的16进制方式,4个16进制位可以表达好几百万的颜色。

3、&0xFF的作用

首先我们要都知道, &表示按位与,只有两个位同时为1,才能得到1,0x代表16进制数,0xff表示的数二进制1111 1111占一个字节。和其进行&操作的数,最低8位,不会发生变化。

3.1 取得低八位

通常配合==移位操作符>>==使用。

例如:java socket通信中基于长度的成帧方法中,如果发送的信息长度小于65535字节,长度信息的字节定义为两个字节长度。这时候将两个字节长的长度信息,以Big-Endian的方式写到内存中

out.write((message.length>>8)&0xff);//右移8位,取高八位写入地址
out.write(message.length&0xff);//取低八位写入高地址中

例如,有个数字 0x1234,如果只想将低8位写入到内存中: 0x1234&0xff

  • 0x1234 表示为二进制 0001 0010 0011 0100
  • 0xff表示为二进制 1111 1111

两个数做操作,显然将0xff补充到16位,就是高位补0。此时0xff0000 0000 1111 1111

与操作 1&0 =01&1 =1 这样 0x1234只能保留低八位的数 0000 0000 0011 0100 也就是 0x34

3.2 保证补码的一致性

我们只关心二进制的机器数而不关注十进制的值,那么byte &0xff只是对其最低8位的复制,通常配合逻辑或 |使用,达到字节的拼接,但不保证其十进制真值不变。

public static void main(String[] args) {
    
    
	byte b = -127;//10000001
	int a =  b;
	System.out.println(a);
	a =  b&0xff;
	System.out.println(a);
}	//输出结果-127,129
using System;
using System.Text;
class Program
{
    
    
    static void Main(string[] args)
    {
    
    
        sbyte b = -127;
        int a = b;
        Console.WriteLine(a);
        a = b & 0xff;
        Console.WriteLine(a);
    }
}

乍一看,b是8位的二进制数,在0xff(也就是 1111 1111),不就是其本身吗,输出在控制台结果为什么是129呢?
在这里插入图片描述

首先计算机内的存储都是按照补码存储的(如果不清楚补码可以去看这篇 原码、反码、补码),-127补码表示为 1000 0001

int a = b;

将 byte 类型提升为 int 时候,b的补码提升为 32位补码的高位补1,也就是:

1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0001

负数的补码转为原码符号位不变其他位取反

1000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1110

再加1,正数的补码,反码都是本身。

结果是
1000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1111,表示为十进制 也是 -127。

也就是 byte -> int 能保证十进制数不变,但是有些时候比如文件流转为byte数组时候,

我们不是关心的是十进制数有没有变,而是补码有没有变,这时候需要&0xff

本例子中,将byte转为int,高的24位必将补1,此时补码显然发生变化,
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0001

&0xff,将高的24重新置0,
0xff
0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1111

结果是
0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0001

这样能保证补码的一致性,当然由于符号位发生变化,表示的十进制数就会变了

和原来的补码 一致,但是显然符号位变化了,表示的十进制数发生变化,变为129

总结

基本类型从小扩展到大的数据类型时候,正数因为符号位是0,无论如何都是补零扩展,但是负数补零扩展和补符号位1扩展完全不同,因此负数补符号位1扩展,保证十进制数不变

例如 byte>>>int -127自动按照补符号位1扩展,在高24位补符号位1,表示的十进制数不变

补零扩展,保证补码的一致性,但是表示的十进制发生变化。

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