你真的瞭解Java中的負數嗎，你真的能弄清楚java中的多重轉型嗎，如果不是那麼清楚，那麼請看以下內容：

下面這行代碼的輸出是什麼？

public<span></span>staticvoid

main(String[] args) {

  System.out.println(0xffffffff);

}

下面兩行代碼的輸出相同嗎？

publicstatic

void 
main(String[] args) {

  byteb=-1;

  System.out.println((int)(char)b);

  System.out.println((int)(char)(b
& 0xff));

}

請嘗試在Eclipse中運行上面的兩個代碼片段，如果你對輸出結果感到很驚訝，請繼續往下讀...

正如你所看到的：
第1個代碼片段的運行結果是：-1
第2個代碼片段的運行結果是：65535和255

上面的兩個代碼片段來源於《Java解惑》的第6個小問題“多重轉型”，原題目內容如下：

publicclass

Multicast{

  publicstatic

void 
main (String[] args){

    System.out.println((int)(char)(byte)-1);

  }

}

上面的代碼中連續進行了3次類型轉換，最後的結果會回到-1嗎？答案當然是不會，它輸出的結果是65535。下面我爲大家整理了相關的基礎知識，相信大家讀完後應該就知道其中的原因了。

一、Java中如何編碼負數？

Java採用”2的補碼“(Two's Complement)編碼負數，它是一種數值的編碼方法，要分二步完成：第一步，每一個二進制位都取相反值，0變成1，1變成0。比如，+8的二進制編碼是00001000，取反後就是11110111。第二步，將上一步得到的值加1。11110111就變成11111000。所以，00001000的2的補碼就是11111000。也就是說，-8在計算機（8位機）中就是用11111000表示。關於“2的補碼”的詳細信息，請參考阮一峯的博文《關於2的補碼》，博文地址附在本文的參考部分。

二、什麼是符號擴展(Sign Extension)?

符號擴展（Sign Extension）用於在數值類型轉換時擴展二進制位的長度，以保證轉換後的數值和原數值的符號（正或負）和大小相同，一般用於較窄的類型（如byte）向較寬的類型（如int）轉換。擴展二進制位長度指的是，在原數值的二進制位左邊補齊若干個符號位（0表示正，1表示負）。

舉例來說，如果用6個bit表示十進制數10，二進制碼爲"00 1010"，如果將它進行符號擴展爲16bits長度，結果是"0000 0000 0000 1010"，即在左邊補上10個0（因爲10是正數，符號爲0），符號擴展前後數值的大小和符號都保持不變；如果用10bits表示十進制數-15，使用“2的補碼”編碼後，二進制碼爲"11 1111 0001"，如果將它進行符號擴展爲16bits，結果是"1111 1111 1111 0001",即在左邊補上6個1（因爲-15是負數，符號爲1），符號擴展前後數值的大小和符號都保持不變。

三、Java類型轉換規則

1. Java中整型字面量

Java中int型字面量的書寫方式有以下幾種：

- 十進制方式，直接書寫十進制數字

- 八進制方式，格式以0打頭，例如012表示十進制10

- 十六進制方式，格式爲0x打頭，例如0xff表示十進制255

需要注意的是，在Java中012和0xff返回的都是int型數據，即長度是32位。

2. Java的數值類型轉換規則

這個規則是《Java解惑》總結的：如果最初的數值類型是有符號的，那麼就執行符號擴展；如果是char類型，那麼不管它要被轉換成什麼類型，都執行零擴展。還有另外一條規則也需要記住，如果目標類型的長度小於源類型的長度，則直接截取目標類型的長度。例如將int型轉換成byte型，直接截取int型的右邊8位。

四、解析“多重轉型”問題

連續三次類型轉換的表達式如下：

1	`(int)(char)(byte)-1`

1. int(32位) -> byte(8位)

-1是int型的字面量，根據“2的補碼”編碼規則，編碼結果爲0xffffffff，即32位全部置1.轉換成byte類型時，直接截取最後8位，所以byte結果爲0xff，對應的十進制值是-1.

2. byte(8位) -> char(16位)

由於byte是有符號類型，所以在轉換成char型（16位）時需要進行符號擴展，即在0xff左邊連續補上8個1（1是0xff的符號位），結果是0xffff。由於char是無符號類型，所以0xffff表示的十進制數是65535。

3. char(16位) -> int(32位)

由於char是無符號類型，轉換成int型時進行零擴展，即在0xffff左邊連續補上16個0，結果是0x0000ffff,對應的十進制數是65535。

五、幾個轉型的例子

在進行類型轉換時，一定要了解表達式的含義，不能光靠感覺。最好的方法是將你的意圖明確表達出來。

在將一個char型數值c轉型爲一個寬度更寬的類型時，並且不希望有符號擴展，可以如下編碼：

1	`inti = c &0xffff;`

上文曾提到過，0xffff是int型字面量，所以在進行&操作之前，編譯器會自動將c轉型成int型，即在c的二進制編碼前添加16個0，然後再和0xffff進行&操作，所表達的意圖是強制將前16置0，後16位保持不變。雖然這個操作不是必須的，但是明確表達了不進行符號擴展的意圖。

如果需要符號擴展，則可以如下編碼：

1	`inti = (short)c;//Cast causes sign extension`

首先將c轉換成short類型，它和char是等寬度的，並且是有符號類型，再將short類型轉換成int類型時，會自動進行符號擴展，即如果short爲負數，則在左邊補上16個1，否則補上16個0.

如果在將一個byte數值b轉型爲一個char時，並且不希望有符號擴展，那麼必須使用一個位掩碼來限制它：

1	`charc = (char)(b &0xff);`

(b & 0xff)的結果是32位的int類型，前24被強制置0，後8位保持不變，然後轉換成char型時，直接截取後16位。這樣不管b是正數還是負數，轉換成char時，都相當於是在左邊補上8個0，即進行零擴展而不是符號擴展。

如果需要符號擴展，則編碼如下：

1	`charc = (char)b;//Sign extension is performed`

此時爲了明確表達需要符號擴展的意圖，註釋是必須的。

六、小結

實際上在數值類型轉換時，只有當遇到負數時纔會出現問題，根本原因就是Java中的負數不是採用直觀的方式進行編碼，而是採用“2的補碼”方式，這樣的好處是加法和減法操作可以同時使用加法電路完成，但是在開發時卻會遇到很多奇怪的問題，例如(byte)128的結果是-128，即一個大的正數，截斷後卻變成了負數。3.2節中引用了一些轉型規則，應用這些規則可以很容地解決常見的轉型問題。

七、參考引用

1. 阮一峯-關於2的補碼
http://www.ruanyifeng.com/blog/2009/08/twos_complement.html

2. wikipedia-Sign extension
http://en.wikipedia.org/wiki/Sign_extension

3. Joshua Bloch, 陳昊鵬譯 - 《Java解惑》