Java: руководство для начинающих

Шилдт Герберт

С точки зрения наиболее распространенного применения поразрядную операцию И можно рассматривать как способ подавления отдельных двоичных разрядов. Это означает, что если какой-нибудь бит в любом из операндов равен 0, то соответствующий бит результата будет сброшен в 0. Например: 1101 ОО11 1010 1010 & 1000 0010

Ниже приведен пример программы, демонстрирующий применение оператора 6. В этой программе строчные буквы английского алфавита преобразуются в прописные путем сброса шестого бита в коде символа. Коды ASCII и уникода (Unicode) строчных букв английского алфавита отличаются от аналогичных кодов прописных букв на вели¬ чину 32. Поэтому для преобразования строчных букв в прописные достаточно сбросить

в нуль шестой бит в кодах их символов. // Преобразование строчных букв английского алфавита в прописные, class UpCase { public static void main(String args[]) { char ch; for(int i=0; i < 10; i++) { ch = (char) ('a1 + i) ; System.out.print(ch); // В следующем операторе сбрасывается шестой бит. // После этого в переменной ch будет храниться код // символа прописной буквы, ch = (char) ( (int) ch & 65503); System.out.print(ch + " ") ; } } }

Результат выполнения данной программы выглядит следующим образом: аА bВ сС dD еЕ fF gG hH il jJ

Значение 65503, используемое в операции поразрядного И, является десятичным представлением двоичного числа 1111111111011111. Таким образом, при выполнении данной операции все биты кода символа в переменой ch, за исключением шестого, остаются без изменения, а шестой бит сбрасывается в нуль.

Операция поразрядного И оказывается удобной и в том случае, если требуется выяснить, установлен или сброшен отдельный бит числа. Например, в приведенной ниже строке кода проверяется, установлен ли четвертый бит значения переменной status, if(status & 8) System.out.println("bit 4 is on");

В данном примере число 8 использует потому, что в его двоичном представлении установлен только четвертый бит. Таким образом, в условном операторе if логическое значение true будет получено только в том случае, если четвертый бит значения переменной status также установлен. Подобный подход можно применить и для преобразования значения типа byte в двоичный формат, как показано ниже. // Отображение битов, составляющих байт, class ShowBits { public static void main(String args[]) { int t; byte val; val = 123; for(t=128; t > 0; t = t/2) { if((val & t) != 0) System.out.print("1 "); else System.out.print("0 ") ; } } }

Выполнение этой программы дает следующий результат: 01111011

В цикле for последовательно проверяется каждый бит значения переменной val. Для того чтобы выяснить, установлен ли бит, выполняется операция поразрядного И. Если бит установлен, отображается цифра 1, иначе — 0. В примере для опробования 5.3 будет показано, как расширить этот элементарный принцип для создания класса, в котором будут отображаться биты двоичного представления целого числа любого типа.

Операция поразрядного ИЛИ выполняет действия, противоположные операции поразрядного И, и служит для установки отдельных битов. Любой бит, значение которого равно единице хотя бы в одном из двух операндов, будет равен единице и в результирующем значении. Например: 1101 ОО11 1010 1010 | 1111 1011

Операцию поразрядного ИЛИ можно использовать для преобразования прописных букв английского алфавита в строчные. Ниже приведен пример программы, решающей эту задачу. // Преобразование прописных букв английского алфавита в строчные, class LowCase { public static void main(String args[]) { char ch; for(int i=0; i < 10; i++) { ch = (char) ('A1 + i); System.out.print(ch);' // В следующем операторе устанавливается шестой бит, // в итоге переменная ch содержит код символа строчной буквы, ch = (char) ((int) ch | 32); System.out.print(ch + " ") ; } } }

Выполнение этой программы дает следующий результат: Аа Bb Сс Dd Ее Ff Gg Hh Ii Jj

В приведенном выше примере программы операция поразрядного ИЛИ выполняется над кодом символа и значением 32, имеющим двоичное представление 0000000000100000. Как видите, в двоичном представлении значения 32 установлен

только шестой бит. Используя это значение в качестве одного операнда в операции поразрядного ИЛИ с любым другим значением в качестве другого операнда, получим результат, в котором устанавливается шестой бит, а состояние всех остальных битов остается без изменения. Таким образом, любая прописная буква будет преобразована в строчную.

Операция поразрядного исключающего ИЛИ дает результат, в котором отдельный бит устанавливается в том и только в том случае, если соответствующие биты в двух операндах имеют разные значения. Ниже приведен пример выполнения операции поразрядного исключающего ИЛИ. 0111 1111 1011 1001 ^ 1100 0110

Операция поразрядного исключающего ИЛИ имеет одну интересную особенность, которая позволяет очень просто кодировать сообщения. Если выполнить данную oneрацию сначала над некоторыми значениями X и Y, а затем над ее результатом и значением Y, то снова получится значение X. Например, при выполнении приведенной ниже последовательности операторов переменная R2 получит то же значение, что и X. Таким образом, в результате выполнения подряд двух операций поразрядного исключающего ИЛИ восстанавливается исходное значение. R1 = X А Y; R2 = R1 А Y;

Эту особенность операции поразрядного исключающего ИЛИ можно использовать для создания простейшей шифрующей программы, в которой некоторое целое число будет выполнять роль ключа, применяемого как при шифровании, так и дешифровании сообщений. Над всеми символами сообщения и данным числом будет выполняться операция поразрядного исключающего ИЛИ. В первый раз данная операция будет выполняться при шифровании, формируя кодированный текст, а второй раз — при дешифровании, в результате чего восстанавливается исходный текст сообщения. Ниже приведен пример простой программы, выполняющей шифрование и дешифрование коротких сообщений. // Использование операции поразрядного исключающего ИЛИ // для шифрования и дешифрования сообщений, class Encode { public static void main(String args[]) { String msg = "This is a test"; String encmsg = ""; String decmsg = ""; int key = 88; System.out.print("Original message: "); System.out.println(msg); // зашифровать сообщение for (int i=0; i < msg.length; i++) // Построение зашифрованной строки сообщения, encmsg = encmsg + (char) (msg.charAt(i) A key); System.out.print("Encoded message: "); System.out.println(encmsg) ; // дешифровать сообщение for(int i=0; i < msg.length; i++) // Построение дешифрованной строки сообщения. decmsg = decmsg + (char) (encmsg.charAt(i) A key); System.out.print("Decoded message: "); System.out.println(decmsg); } }

Выполнение этой программы дает следующий результат: Original message: This is a test Encoded message: 01+xl+x9x,=+, Decoded message: This is a test

Как видите, в результате двух операций поразрядного исключающего ИЛИ с одним и тем же ключом получается дешифрованное сообщение, совпадающее с исходным.

Унарная операция поразрядного НЕ (или дополнения до 1) изменяет на обратное состояние всех битов операнда. Так, если некоторая целочисленная переменная А содержит значение с двоичным представлением 10010110, то в результате поразрядной операции ~А получится двоичная комбинация 01101001.

Ниже приведен пример программы, демонстрирующий применение операции поразрядного НЕ. Эта программа отображает число и его дополнение в двоичном представлении. // Демонстрация операции поразрядного НЕ. class NotDemo { public static void main(String args[]) { byte b = -34; for(int t=128; t > 0; t = t/2) { if((b & t) != 0) System.out.print("1 "); else System.out.print("0 ") ; } System.out.println ; // изменить на обратное состояние всех битов b = (byte) ~b; for(int t=128; t > 0; t = t/2) { if((b & t) != 0) System.out.print("1 ") ; else System.out.print("0 "); } } }