零、前言
本文由int轉byte數組這樣的題目代碼引發的思考，其中涉及到多個讓我混淆的地方。
直接上代碼
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;
}
如果對這段代碼瞭然於胸，原理思路清洗，就可以不用閱讀本文了。如果對這段代碼的原理不是那麼清晰，那麼很可能是某個基礎知識模糊遺忘了。
我們知道int強轉成short，甚至char。但byte數組給人的感覺就是二進制的東西，好像和那些基本類型“不在一個維度上”，甚至想象不出轉換出來是個什麼效果，能打印出來嗎。。。之所以會有這些疑問，因爲我們對byte的一些基本概念混淆了，或許是從來沒真正的理解透過。
一、先思考幾個基礎問題
問題一：byte是java基本類型嗎，如果是，那它屬於哪一類基本類型
問題二：byte是計算機中最小的單位嗎，char呢？ 能清晰的想出來java裏8種基本類型的字節長度以及取值長度嗎
問題三：我們知道java四個整數類型可以相互強轉，比如，int轉byte是怎麼做的
問題四：如何理解程序中的& 0xFF是否必要，可否去掉
問題五：把int切成四個byte，放在byte[]裏，順序怎麼擺放
問題六：我們應該學過“原碼”、“反碼”，“補碼”，那麼java的基礎數值類型在計算機裏是用的補碼嗎
以上這些問題先不要看答案，自己是否能很清晰的回答出來。
問題一答案
byte是java基本類型，而且是整數型（它不止可以用來表示二進制數據，還能表示數字哦）。
工作中我們會經常用byte數組，基本都是在涉及IO流傳輸數據相關代碼中使用。也許就是用的場景太單一順手了，byte給我們的感覺就是二級制的數據流，漸漸的就忽略了 這個類型居然和int之類 是一類東西，它的大小範圍是-128~127，是不是好像在哪聽過這個範圍。是short嗎，答案是否定的。這個範圍還出現在Integer使用地址比較相等的時候，因爲Integer會把-128-127範圍內的數字放入常量池，我們可以直接使用==來比較是否相等。
問題二答案
byte 名字節，大該是因爲他的英文名字聽起來好像叫“比特”,和bit很像，然後又經常被用在數據流中，給人感覺就好像這是一個不可分割的最小單位。但實際上byte佔8位，即 1byte = 8 bit。所以不是計算機中最小單位。
也許你在用數據庫的時候，使用過bit這個數據類型，它只有true和false兩個值(也就是1和0），這個單位我們可以稱之爲“位”，也就是我們所謂的最小單位。但不要和byte搞混了，他們之間差了8倍。 char就更大了，java中佔兩個字節，c語言中佔一個字節。
8種基本類型字節數以及取值範圍
| 類型 | 字節大小 | 取值範圍 |
|---|---|---|
| byte | 1 | -(2^7) ~ (2^7) - 1 |
| short | 2 | -(2^15) ~ (2^15) - 1 |
| int | 4 | -(2^31) ~ (2^31) - 1 |
| long | 8 | -(2^63) ~ (2^63) - 1 |
| char | 2 | - |
| boolean | 4或1 | true,false |
| float | 4 | 6位有效數字 |
| double | 8 | 15位有效數字 |
在這張表裏，你可能會對boolean這個類型產生疑問。對於本題答案，你甚至會想byte和boolean是不是有什麼關聯(你可能隱約感覺兩者都是用來表示0和1的)。 當然這是完全錯的，即使是bit和boolean也沒什麼聯繫，boolean在java中也不是隻佔1位。因爲java中並沒有規定boolean的表示方法，實際中boolean佔了4字節（和int一樣大），boolean[]中bolean元素則佔1字節，所以上面表格裏寫4或1。
問題三答案
首先注意這裏是說int強轉成byte，而不是本文所說的int轉byte[]。通過前一個問題我們知道int佔32位，而byte佔8位。比如int a10 = 261對應的二進制就是100000101【左邊剩下的23個0就省略了】，想轉成byte也很簡單，就是直接截取最右邊8位即可：00000101【十進制的5】，也就是261強轉byte後等於5。
問題四答案
十六進制0xFF 也就是二進制的11111111, &運算的作用就是把兩個二進制右邊對齊，然後逐個&運算，只有兩者都是1時結果纔是1，
等效於截取右邊8位二進制數。通過問題三，可知int強轉byte就是簡單截取右邊8位，沒有必要再& 0xFF。 所以上面的代碼可以這麼寫
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;
}
問題五答案
通過理解這段代碼我們知道，int的32位二進制，最終被截斷成4段，然後把這4段以byte的形式放入byte數組。如下所示
也許會有疑問，爲什麼不是這樣
因爲在二進制截取、排序的過程中 不要帶入“意義”。也就是說，在排這些二進制段的時候不要想着這段二進制原本是什麼意思（比如這裏就不要想着這32位二進制是一個int數字），可以簡單認爲，這就是一串毫無意義字符串。而這串字符串就是從左往右讀的，左邊是開始，右邊是結束。
另一個更準確的理解方式是：通過一個實際的例子畫出圖就能很容易看出
如果把00000101放在b0中，那麼這個byte[]無論正着讀還是反着讀，二進制數字都是亂的。
問題六答案
首先給出答案：是的。 如果這個問題這麼問：計算機中是使用原碼還是補碼錶示數字，基本大家都會答：補碼。這個問題之所以這麼問，就是看概念是否清晰準確。如果關於補碼的概念模糊的話，甚至可能會覺得補碼應用於計算機內的所有信息，整數是不是用的補碼反而不確定了。 下面就複習一下關於補碼的知識：
上面說了，byte的取值範圍是-128~127，這個範圍我們應該不陌生，但爲什麼呢，爲什麼不是“兩頭對稱”的呢,這就是補碼造成的。
在問題三答案，我們明白了int是如何轉成byte的，例子大家應該也都能看明白。現在換一個例子int a = -216,二進制爲1111111111111111111111111111111111111111111111111111111011111011，同樣截取後8位，結果是11111011，表示十進制的-5。如果對這個計算過程以及結果有點意外，說明對補碼認識不足。下面就以byte類型(8位二進制)爲例，講解一下補碼 首先說一下概念及結論：
- java中的數字都是有符號的,即有正有負
- 有符號數字表示的二進制中左邊第一位是符號位，0表示正數，1表示負數
- 原碼：8位有符號的二級制的原始表達方式
- 反碼：原碼符號位不變，其他位取反（就是0變1，1變0）
- 補碼：反碼+1
- 計算機中的數字使用補碼錶示
- 使用規則： 正數的原碼和補碼一樣（也就不存在反碼），負數的反碼根據上面的規則計算，即反碼+1
爲什麼產生反碼
- 原碼中的 0000000【+0】 1000000【-0】
有正0和負0，這兩個本來一樣的數卻有兩個不同的表示方式 - 原碼的符號位不方便計算，而補碼卻能巧妙的把符號位帶着一起做加法運算（這個就不細講）。
根據上面的規則，byte的256個數字對應關係如下
| 二進制表示 | 00000000 | 0000001 | … | 01111111 |
|---|---|---|---|---|
| 無符號十進制數字 | 0 | 1 | … | 127 |
| 補碼十進制數字 | 0 | 1 | … | 127 |
續
| 10000000 | 1000001 | … | 11111111 |
|---|---|---|---|
| 128 | 129 | … | 255 |
| -128 | -127 | … | -1 |
函數圖如下
通過表格以及函數圖，很明顯看出byte的表示範圍是-128 ~ 127【y軸。雖然畫的是連續直線，其實是離散點】
二、總結
本程序簡單講就是：把32位的int像“切甘蔗”一樣平均切成4段byte，從左至右依次放入byte[]。 前提是要理解byte、int等基本類型的本質，以及補碼的作用及使用方式。懂了這些原理，不僅僅可以解決int轉byte數組，反過來轉換也是比較容易理解的。
