近日需要一個將位元組陣列轉換為十六進位制字串輸出的函式，於是開始編碼如下：

//該程式碼存在問題
public static String byteToHex(byte[] bt){
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        for(int i=0;i<bt.length;i++){
            String tmpStr = Integer.toHexString(byte[i]);
            if(tmpStr.length()<2)
                sb.append("0"
 
);
            sb.append(tmpStr);
        }
        return sb.toString().toUpperCase();
    }

執行測試，一旦遇到負數總出現未可預料的結果，如引數為{-125,125，115,89}時執行結果為FFFFFF837D7359。
開始從網上查資料做修改，對byte資料進行與運算&oxff再進行轉換，很抓狂到底為什麼，再一頓搜尋，原來問題出在java整數表示方法及位擴張問題上，在java中使用補碼對整數進行表示。修改後程式碼如下：

//正確程式碼
public static String byteToHex
 
(byte[] bt){
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        for(int i=0;i<bt.length;i++){
            int tmp = bt[i]&0xff;
            String tmpStr = Integer.toHexString(tmp);
            if(tmpStr.length()<2)
                sb.append("0");
            sb.append(tmpStr);
        }
        return
 
 sb.toString().toUpperCase();
    }

對於此問題找到了比較全面的解釋如下：

public static void main(String[] args) {
  System.out.println(0xffffffff);
}

下面兩行程式碼的輸出相同嗎？

public static void main(String[] args) {
  byte b=-1;
  System.out.println((int)(char)b);
  System.out.println((int)(char)(b & 0xff));
}

請嘗試在Eclipse中執行上面的兩個程式碼片段，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個程式碼片段的執行結果是：-1
第2個程式碼片段的執行結果是：65535和255

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

public class Multicast{
  public static void main (String[] args){
    System.out.println((int)(char)(byte)-1);
  }
}

上面的程式碼中連續進行了3次型別轉換，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。下面我為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，每一個二進位制位都取相反值，0變成1，1變成0。比如，+8的二進位制編碼是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”的詳細資訊，請參考阮一峰的博文《關於2的補碼》，博文地址附在本文的參考部分。

二、什麼是符號擴充套件(Sign Extension)?

符號擴充套件（Sign Extension）用於在數值型別轉換時擴充套件二進位制位的長度，以保證轉換後的數值和原數值的符號（正或負）和大小相同，一般用於較窄的型別（如byte）向較寬的型別（如int）轉換。擴充套件二進位制位長度指的是，在原數值的二進位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表示十進位制數10，二進位制碼為"00 1010"，如果將它進行符號擴充套件為16bits長度，結果是"0000 0000 0000 1010"，即在左邊補上10個0（因為10是正數，符號為0），符號擴充套件前後數值的大小和符號都保持不變；如果用10bits表示十進位制數-15，使用“2的補碼”編碼後，二進位制碼為"11 1111 0001"，如果將它進行符號擴充套件為16bits，結果是"1111 1111 1111 0001",即在左邊補上6個1（因為-15是負數，符號為1），符號擴充套件前後數值的大小和符號都保持不變。

三、Java型別轉換規則

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：

   • 十進位制方式，直接書寫十進位制數字

   • 八進位制方式，格式以0打頭，例如012表示十進位制10

   • 十六進位制方式，格式為0x打頭，例如0xff表示十進位制255

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

2. Java的數值型別轉換規則

   這個規則是《Java解惑》總結的：如果最初的數值型別是有符號的，那麼就執行符號擴充套件；如果是char型別，那麼不管它要被轉換成什麼型別，都執行零擴充套件。還有另外一條規則也需要記住，如果目標型別的長度小於源型別的長度，則直接擷取目標型別的長度。例如將int型轉換成byte型，直接擷取int型的右邊8位。

四、解析“多重轉型”問題

連續三次型別轉換的表示式如下：

(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，編碼結果為0xffffffff，即32位全部置1.轉換成byte型別時，直接擷取最後8位，所以byte結果為0xff，對應的十進位制值是-1.

2. byte(8位) -> char(16位)

   由於byte是有符號型別，所以在轉換成char型（16位）時需要進行符號擴充套件，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是無符號型別，所以0xffff表示的十進位制數是65535。

3. char(16位) -> int(32位)

   由於char是無符號型別，轉換成int型時進行零擴充套件，即在0xffff左邊連續補上16個0，結果是0x0000ffff,對應的十進位制數是65535。

五、幾個轉型的例子

在進行型別轉換時，一定要了解表示式的含義，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轉型為一個寬度更寬的型別時，並且不希望有符號擴充套件，可以如下編碼：

int i = 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的二進位制編碼前新增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充套件的意圖。
如果需要符號擴充套件，則可以如下編碼：

int i = (short)c; //Cast causes sign extension

首先將c轉換成short型別，它和char是 等寬度的，並且是有符號型別，再將short型別轉換成int型別時，會自動進行符號擴充套件，即如果short為負數，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轉型為一個char時，並且不希望有符號擴充套件，那麼必須使用一個位掩碼來限制它：

char c = (char)(b & 0xff);

(b & 0xff)的結果是32位的int型別，前24被強制置0，後8位保持不變，然後轉換成char型時，直接擷取後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，即進行零擴充套件而不是符號擴充套件。
如果需要符號擴充套件，則編碼如下：

char c = (char)b; //Sign extension is performed

此時為了明確表達需要符號擴充套件的意圖，註釋是必須的。

六、小結

實際上在數值型別轉換時，只有當遇到負數時才會出現問題，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