Int 转 byte 数组以及相关原理

深碍√TFBOYSˉ_ 2023-02-26 09:28 17阅读 0赞

### 零、前言 ###

本文由int转byte数组这样的题目代码引发的思考，其中涉及到多个让我混淆的地方。

直接上代码

public byte[] toBytes(int number){
        byte[] bytes = new byte[4];
        bytes[3] = (byte)number;
        bytes[2] = (byte) ((number >> 8) & 0xFF);
        bytes[1] = (byte) ((number >> 16) & 0xFF);
        bytes[0] = (byte) ((number >> 24) & 0xFF);
        return bytes;
    }

如果对这段代码了然于胸，原理思路清洗，就可以不用阅读本文了。如果对这段代码的原理不是那么清晰，那么很可能是某个基础知识模糊遗忘了。  
我们知道int强转成short，甚至char。但byte数组给人的感觉就是二进制的东西，好像和那些基本类型“不在一个维度上”，甚至想象不出转换出来是个什么效果，能打印出来吗。。。之所以会有这些疑问，因为我们对byte的一些基本概念混淆了，或许是从来没真正的理解透过。

### 一、先思考几个基础问题 ###

**问题一：byte是java基本类型吗，如果是，那它属于哪一类基本类型**

**问题二：byte是计算机中最小的单位吗，char呢？ 能清晰的想出来java里8种基本类型的字节长度以及取值长度吗**

**问题三：我们知道java四个整数类型可以相互强转，比如，int转byte是怎么做的**

**问题四：如何理解程序中的& 0xFF是否必要，可否去掉**

**问题五：把int切成四个byte，放在byte\[\]里，顺序怎么摆放**

**问题六：我们应该学过“原码”、“反码”，“补码”，那么java的基础数值类型在计算机里是用的补码吗**

以上这些问题先不要看答案，自己是否能很清晰的回答出来。

### 问题一答案 ###

byte是java基本类型，而且是整数型（它不止可以用来表示二进制数据，还能表示数字哦）。  
工作中我们会经常用byte数组，基本都是在涉及IO流传输数据相关代码中使用。也许就是用的场景太单一顺手了，byte给我们的感觉就是二级制的数据流，渐渐的就忽略了 这个类型居然和int之类 是一类东西，它的大小范围是-128~127，是不是好像在哪听过这个范围。是short吗，答案是否定的。这个范围还出现在Integer使用地址比较相等的时候，因为Integer会把-128-127范围内的数字放入常量池，我们可以直接使用==来比较是否相等。

### 问题二答案 ###

byte 名字节，大该是因为他的英文名字听起来好像叫“比特”,和bit很像，然后又经常被用在数据流中，给人感觉就好像这是一个不可分割的最小单位。但实际上byte占8位，即 1byte = 8 bit。所以不是计算机中最小单位。  
也许你在用数据库的时候，使用过bit这个数据类型，它只有true和false两个值(也就是1和0），这个单位我们可以称之为“位”，也就是我们所谓的最小单位。但不要和byte搞混了，他们之间差了8倍。 char就更大了，java中占两个字节，c语言中占一个字节。  
8种基本类型字节数以及取值范围

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0ODY4NTAy_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

在这张表里，你可能会对boolean这个类型产生疑问。对于本题答案，你甚至会想byte和boolean是不是有什么关联(你可能隐约感觉两者都是用来表示0和1的)。 当然这是完全错的，即使是bit和boolean也没什么联系，boolean在java中也不是只占1位。因为java中并没有规定boolean的表示方法，实际中boolean占了4字节（和int一样大），boolean\[\]中bolean元素则占1字节，所以上面表格里写4或1。

### 问题三答案 ###

首先注意这里是说int强转成byte，而不是本文所说的int转byte\[\]。通过前一个问题我们知道int占32位，而byte占8位。比如int a10 = 261对应的二进制就是100000101【左边剩下的23个0就省略了】，想转成byte也很简单，就是直接截取最右边8位即可：00000101【十进制的5】，也就是261强转byte后等于5。

### 问题四答案 ###

十六进制0xFF 也就是二进制的11111111, &运算的作用就是把两个二进制右边对齐，然后逐个&运算，只有两者都是1时结果才是1，等效于截取右边8位二进制数。通过问题三，可知int强转byte就是简单截取右边8位，没有必要再& 0xFF。 所以上面的代码可以这么写

public byte[] toBytes(int number){
              byte[] bytes = new byte[4];
              bytes[3] = (byte)number;
              bytes[2] = (byte) (number >> 8);
              bytes[1] = (byte) (number >> 16);
              bytes[0] = (byte) (number >> 24);
              return bytes;
     }

### 问题五答案 ###

通过理解这段代码我们知道，int的32位二进制，最终被截断成4段，然后把这4段以byte的形式放入byte数组。如下所示

![20200101232012211.png][]

也许会有疑问，为什么不是这样

![2020010123203467.png][]

因为在二进制截取、排序的过程中 不要带入“意义”。也就是说，在排这些二进制段的时候不要想着这段二进制原本是什么意思（比如这里就不要想着这32位二进制是一个int数字），可以简单认为，这就是一串毫无意义字符串。而这串字符串就是从左往右读的，左边是开始，右边是结束。  
另一个更准确的理解方式是：通过一个实际的例子画出图就能很容易看出

![20200101232100114.png][]

如果把00000101放在b0中，那么这个byte\[\]无论正着读还是反着读，二进制数字都是乱的。

### 问题六答案 ###

首先给出答案：是的。 如果这个问题这么问：计算机中是使用原码还是补码表示数字，基本大家都会答：补码。这个问题之所以这么问，就是看概念是否清晰准确。如果关于补码的概念模糊的话，甚至可能会觉得补码应用于计算机内的所有信息，整数是不是用的补码反而不确定了。 下面就复习一下关于补码的知识：  
上面说了，byte的取值范围是-128~127，这个范围我们应该不陌生，但为什么呢，为什么不是“两头对称”的呢,这就是补码造成的。在问题三答案，我们明白了int是如何转成byte的，例子大家应该也都能看明白。现在换一个例子int a = -216,二进制为1111111111111111111111111111111111111111111111111111111011111011，同样截取后8位，结果是11111011，表示十进制的-5。如果对这个计算过程以及结果有点意外，说明对补码认识不足。下面就以byte类型(8位二进制)为例，讲解一下补码 首先说一下概念及结论：

1.  java中的数字都是有符号的,即有正有负
2.  有符号数字表示的二进制中左边第一位是符号位，0表示正数，1表示负数
3.  原码：8位有符号的二级制的原始表达方式
4.  反码：原码符号位不变，其他位取反（就是0变1，1变0）
5.  补码：反码+1
6.  计算机中的数字使用补码表示
7.  使用规则： 正数的原码和补码一样（也就不存在反码），负数的反码根据上面的规则计算，即反码+1

为什么产生反码

1.原码中的 0000000【+0】 1000000【-0】

有正0和负0，这两个本来一样的数却有两个不同的表示方式

2.原码的符号位不方便计算，而补码却能巧妙的把符号位带着一起做加法运算（这个就不细讲）。

根据上面的规则，byte的256个数字对应关系如下

![20200715100528746.png][]  
续

![20200715100553535.png][]

函数图如下

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3l1bmR1YW55b3U_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

通过表格以及函数图，很明显看出byte的表示范围是-128 ~ 127【y轴。虽然画的是连续直线，其实是离散点】

### 二、总结 ###

本程序简单讲就是：把32位的int像“切甘蔗”一样平均切成4段byte，从左至右依次放入byte\[\]。 前提是要理解byte、int等基本类型的本质，以及补码的作用及使用方式。懂了这些原理，不仅仅可以解决int转byte数组，反过来转换也是比较容易理解的。

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