为什么 '（int）（char）（byte）-2' 在 Java 中产生 65534？

java casting

2022-08-31 13:55:42

我在工作的技术测试中遇到了这个问题。给定以下代码示例：

public class Manager {
    public static void main (String args[]) {
        System.out.println((int) (char) (byte) -2);
    }
}

它给出的输出为 65534。

此行为仅对负值显示;0 和正数产生相同的值，表示在 SOP 中输入的值。这里的字节转换是微不足道的;我尝试过没有它。

所以我的问题是：这里到底发生了什么？

答案 1

在你们了解这里发生了什么之前，我们需要商定一些先决条件。通过理解以下要点，剩下的就是简单的推演：

JVM 中的所有基元类型都表示为一个位序列。类型由 32 位表示，和类型由 16 位表示，类型由 8 位表示。intcharshortbyte
所有 JVM 编号都有符号，其中类型是唯一无符号的“数字”。当一个数字被符号时，最高位用于表示这个数字的符号。对于此最高位，表示非负数（正数或零）并表示负数。此外，对于有符号数字，负值（技术上称为二的补码表示法）被反转为正数的递增顺序。例如，正值以位表示，如下所示：char01byte
```
00 00 00 00 => (byte) 0
00 00 00 01 => (byte) 1
00 00 00 10 => (byte) 2
...
01 11 11 11 => (byte) Byte.MAX_VALUE
```
而负数的位顺序是颠倒的：
```
11 11 11 11 => (byte) -1
11 11 11 10 => (byte) -2
11 11 11 01 => (byte) -3
...
10 00 00 00 => (byte) Byte.MIN_VALUE
```
这种倒置的表示法也解释了为什么与正范围相比，负范围可以容纳额外的数字，后者包括数字的表示形式。请记住，所有这些都只是解释位模式的问题。您可以以不同的方式注意负数，但是负数的这种倒置表示法非常方便，因为它允许一些相当快速的转换，正如我们稍后在一个小示例中看到的那样。0

如前所述，这不适用于该类型。该类型表示一个 Unicode 字符，其非负“数字范围”为 to 。此数字中的每一个都引用一个 16 位 Unicode 值。charchar065535
在、、和类型之间转换时，JVM 需要添加或截断位。intbyteshortcharboolean

如果目标类型由比转换它的类型的位更多的位表示，则JVM只需用给定值（表示签名）的最高位的值填充其他插槽：
```
|     short   |     byte    |
|             | 00 00 00 01 | => (byte) 1
| 00 00 00 00 | 00 00 00 01 | => (short) 1
```
由于倒置符号，此策略也适用于负数：
```
|     short   |     byte    |
|             | 11 11 11 11 | => (byte) -1
| 11 11 11 11 | 11 11 11 11 | => (short) -1
```
这样，将保留值的符号。在不详细介绍为JVM实现此功能的情况下，请注意，此模型允许通过廉价的移位操作执行铸造，这显然是有利的。

此规则的一个例外是扩大一个类型，正如我们之前所说，它是无符号的。从 a 的转换总是通过填充额外的位来应用，因为我们说没有符号，因此不需要倒置符号。因此，将 a 转换为 a 时，将执行以下操作：charchar0charint
```
|            int            |    char     |     byte    |
|                           | 11 11 11 11 | 11 11 11 11 | => (char) \uFFFF
| 00 00 00 00 | 00 00 00 00 | 11 11 11 11 | 11 11 11 11 | => (int) 65535
```
当原始类型的位数多于目标类型时，仅会切断其他位。只要原始值适合目标值，这就可以正常工作，例如，对于以下将 a 转换为 a 的操作：shortbyte
```
|     short   |     byte    |
| 00 00 00 00 | 00 00 00 01 | => (short) 1
|             | 00 00 00 01 | => (byte) 1
| 11 11 11 11 | 11 11 11 11 | => (short) -1
|             | 11 11 11 11 | => (byte) -1
```
但是，如果值太大或太小，则不再起作用：
```
|     short   |     byte    |
| 00 00 00 01 | 00 00 00 01 | => (short) 257
|             | 00 00 00 01 | => (byte) 1
| 11 11 11 11 | 00 00 00 00 | => (short) -32512
|             | 00 00 00 00 | => (byte) 0
```
这就是为什么缩小铸件有时会导致奇怪的结果。您可能想知道为什么以这种方式实现缩小范围。你可以争辩说，如果JVM检查一个数字的范围，并且宁愿将一个不兼容的数字转换为同一符号的最大可表示值，那会更直观。但是，这将需要分支成本高昂的操作。这一点尤其重要，因为这两者的补码符号允许廉价的算术运算。

有了所有这些信息，我们可以看到您的示例中的数字发生了什么变化：-2

|           int           |    char     |     byte    |
| 11 11 11 11 11 11 11 11 | 11 11 11 11 | 11 11 11 10 | => (int) -2
|                         |             | 11 11 11 10 | => (byte) -2
|                         | 11 11 11 11 | 11 11 11 10 | => (char) \uFFFE
| 00 00 00 00 00 00 00 00 | 11 11 11 11 | 11 11 11 10 | => (int) 65534

如您所见，强制转换是多余的，因为强制转换会切割相同的位。bytechar

所有这些都由JVMS指定，如果您更喜欢所有这些规则的更正式的定义。

最后一点：类型的位大小不一定表示 JVM 为其内存中表示此类型而保留的位数。事实上，JVM 不区分、、和类型。它们都由相同的JVM类型表示，其中虚拟机仅模拟这些转换。在方法的操作数堆栈（即方法中的任何变量）上，命名类型的所有值都消耗 32 位。然而，对于任何JVM实现者都可以随意处理的数组和对象字段，情况并非如此。booleanbyteshortcharint

答案 2

这里有两件重要的事情需要注意，

字符是无符号的，不能为负数
根据 Java 语言规范，首先将字节转换为字符涉及对 int 的隐藏转换。

因此，将 -2 转换为 int 会给我们11111111111111111111111111111110。注意两者的补码值是如何用一个符号扩展的;这只发生在负值。然后，当我们将其缩小到字符时，int 被截断为

1111111111111110

最后，将1111111111111110强制转换为 int 的位扩展为零，而不是 1，因为该值现在被认为是正数（因为字符只能是正数）。因此，加宽位使值保持不变，但与负值情况不同，值保持不变。当以十进制打印时，二进制值是65534。