【Protobuf专题】(二)二进制基本概念及位运算
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发布时间：2024-10-21 23:07
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时间：2024-11-09 17:09
深入理解二进制与位运算，是掌握数据存储、数据压缩和数据序列化技术的基础。本文旨在阐述二进制相关概念和位运算的实用操作，以助于读者构建更深入的算法理解和复现能力。我们将分别探讨位、字节的概念、高位与低位、符号位、大小端模式、原码、反码、补码及其转换、进制表示与转换，以及位运算中的与、或、非、异或、有符号左移、有符号右移和无符号右移。
首先，理解位和字节的概念是关键。一个字节由8个位构成，无符号整型通常占用1字节，取值范围为0至255；有符号整型同样占用1字节，取值范围从-128到127。
接着，我们分析高低位和符号位的概念。十进制数1的二进制表示为0000 0001，最左位为符号位；而-1的二进制表示为1111 1111，同样从左到右表示高低位。-1的二进制表示为何不是1000 0001？这是由于二进制补码的特殊性质，详情请参阅相关资料。此外，符号位对于理解负数在计算机中的表示至关重要。
大小端模式则是数据存储顺序的差异，主要影响数据读取方式。在大端模式下，从低位地址读取数据；而在小端模式下，则从高位地址开始。目前常见的CPU模式，如PowerPC、IBM采用大端模式，而x86则采用小端模式。ARM处理器既支持大端也支持小端，通常默认为小端模式。
接着，探讨原码、反码和补码的概念，这是表示负数的关键。在Java中，虽然这些概念的定义不是特别严格，但它们在计算相反数时有着密切联系。例如，原码为1时，反码为1111 1110，而补码为1111 1111，即原码的相反数。通过Java代码验证这一过程，有助于直观理解这些概念的内在逻辑。
转换进制在Java中同样重要，了解如何在不同进制之间进行转换，对于理解数据在计算机内部的表示方式至关重要。
位运算操作包括与、或、非、异或等基础逻辑运算，以及移动操作。与运算符（&）用于执行位与位之间的逻辑与操作；或运算符（|）用于执行位与位之间的逻辑或操作；非运算符（~）用于执行位与位之间的逻辑非操作；异或运算符（^）用于执行位与位之间的逻辑异或操作。有符号左移（<>）操作分别用于将位向左或向右移动，而无符号右移（>>>）操作则用于无符号地将位向右移动。
总结而言，掌握二进制相关概念和位运算，对于深入理解数据存储、数据压缩和数据序列化等技术具有重要意义。通过本文的介绍，读者能够对这些核心概念有更清晰的认识，并为后续的算法学习和实践打下坚实的基础。
