移位操作之所以快,是因为它是基于位运算的,位运算在底层的实现中可以直接对二进制进行处理,不需要进行转换和计算,因此运算速度比其他运算(如加减乘除)更快。
在计算机底层,所有的数据都是以二进制形式存储的,而移位操作本质上就是将二进制数在内存中向左或向右移动指定的位数。具体来说,左移操作将二进制数的所有位向左移动指定的位数,并在右侧填充0,而右移操作则将二进制数的所有位向右移动指定的位数,对于无符号数,在左侧填充0,对于有符号数,根据移位方式填充符号位或0。
在 Java 中,移位操作符包括左移操作符(<<)、带符号右移操作符(>>)和无符号右移操作符(>>>)。其中,左移操作符和带符号右移操作符都是基于二进制数的补码进行计算的,而无符号右移操作符则是基于二进制数的原码进行计算的。
二进制数的补码、原码和反码是用来表示负数的一种机制。在补码中,正数的补码与原码相同,负数的补码是将对应的原码除符号位以外的其他位按位取反(即0变1,1变0)后再加1得到的。例如,10的原码是00001010,那么它的补码是11110110(将其按位取反后加1)。带符号的右移操作符会根据补码的符号位进行补位,即负数会在左侧填充1,正数会在左侧填充0。无符号右移操作符则不考虑符号位,直接在左侧填充0。
综上所述,移位操作快的原因在于它直接对二进制进行操作,不需要进行转换和计算,同时移位操作基于二进制数的补码和原码进行计算,使得处理负数等复杂情况时更为方便和高效。