Java Bitwise: Introdução aos operadores bitwise em Java

Um operador bitwise em Java (bitwise operator in Java) permite que você manipule bits individualmente, da maneira como preferir. Ele pode ser útil para otimizar códigos, implementar máscaras de bits e flags, compactar dados, e implementar algorítmos e estruturas de dados. Os sete operadores bitwise existentes têm estruturas semelhantes e seguem regras fixas, fáceis de aprender. Nosso tutorial ensina a você.

O que são e para que servem operadores bitwise em Java?

Operadores em Java são elementos de fundamental importância desta linguagem de programação web. Além de permitirem diversos tipos de ações e realizarem diferentes funções em códigos, operadores em Java possibilitam a manipulação das menores unidades de informação existentes: os bits. Bits (binary digits) adotam um sistema de numeração próprio, baseado nos valores 0 e 1. Por isso, para verificar valores binários em cada bit, programadores devem apelar aos operadores bitwise. Estes podem ser aplicados a tipos de dados numéricos, como a byte, char, int, short e long.

Embora você não seja obrigado a fazer uso do Java bitwise, aprender a utilizá-lo pode ser de extrema utilidade. Bitwise operators in Java economizam espaço ao converter dados e permitem a aplicação do operador XOR, assim como possibilitam a alteração de um único bit. Ainda, eles funcionam como base para todas as operações técnicas envolvendo circuitos mais complexos. Por esses e outros motivos, recomendamos que você conheça o funcionamento e a aplicação dos sete operadores Java bitwise.

Quais são os tipos de operadores bitwise em Java?

Existem sete tipos de operadores Java bitwise. Para que possamos explicá-los melhor, pediremos ajuda a dois operandos fictícios, que chamamos aqui de “a” e “b”.

• ~ (NOT Bit-a-Bit): Este operador realiza uma operação NOT bitwise, invertendo cada um dos bits. Assim, cada “0” será transformado em “1” e vice-versa.
• & (AND Bit-a-Bit): Este operador realiza uma operação AND bitwise entre cada par de bits, retornando “1” se ambos os operandos também forem “1”. Caso contrário, “0”será retornado.
• | (OR Bit-a-Bit): Este operador realiza uma operação OR bitwise entre cada par de bits, produzindo “1” se pelo menos um dos operandos também tiver esse valor.
• ^ (XOR; OR exclusivo Bit-a-Bit): Este operador realiza uma operação XOR (OR exclusivo) biwise, retornando “0” se ambos os operandos tiverem o mesmo valor. Caso contrário, ele retornará “1”.
• << (Deslocamento para a esquerda): Este operador desloca o operando “a” por “b” posições para a esquerda. Se a operação gerar espaços vazios, estes serão preenchidos com “0”.
• >> (Deslocamento para a direita com sinal; aritmético): Este operador desloca os bits de “a” por “b” posições para a direita. Se o bit de sinal já tiver sido definido, este permanecerá definido; números negativos permanecem negativos.
• >>> (Deslocamento para a direita sem sinal; lógico): Este operador desloca os bits de “a” por “b” posições para a direita; espaços vazios são sempre preenchidos com “0”, ignorando o bit de sinal.

Java bitwise NOT Bit-a-Bit

O operador Java bitwise NOT Bit-a-Bit é representado pelo til (~). Ele nega todos os bits, transformando cada zero (0) em um (1), e vice-versa. Considere, por exemplo, o número 20: em formato binário, ele é representado como 10100. Assim, ao aplicarmos esse bitwise operator in Java, invertemos um dos bits (10100 se torna 01011) — esse é o valor da expressão ~20. Agora, ao convertermos o resultado binário para decimal, obtemos -21.

Se você quer testar a operação bitwise NOT Bit-a-Bit em um código, insira este comando em Java, System.out.println, no seu terminal, para obter a saída correspondente:

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
	int Valor1 = 20;
	System.out.println(~Valor1);
}
}

Se você tiver digitado tudo corretamente, deverá obter o resultado -21.

Java bitwise AND Bit-a-Bit

O operador Java bitwise AND Bit-a-Bit (&) compara dois números, bit a bit, em formato binário: o primeiro bit do primeiro número é comparado ao primeiro bit do segundo número; o segundo com o segundo bit e assim por diante. Se ambos os bits forem 1, o valor 1 será retornado. Contudo, se ambos os bits ou apenas um deles for 0, o valor 0 será retornado. A título de exemplo, usamos os números decimais 18 e 25. Na forma binária, 18 é representado por 10010 e 25 por 11001. Com o operador bitwise AND, desejamos comparar esses dois números, obtendo um terceiro número como resultado — para uma melhor compreensão, posicionamos os dois números binários um abaixo do outro:

18 = 10010 25 = 11001

Observe que os dois primeiros bits são 1 em ambos os números. Assim, nosso número de saída também começará com 1. Embora o segundo bit de 25 também seja 1, o segundo bit de 18 é 0, o que fará com que o resultado dessa operação seja 0. Ao compararmos todos os bits, um a um, finalmente obteremos o número binário 10000 que, convertido em número decimal, torna-se 16.

No nosso código, executamos essa operação bitwise em Java da seguinte forma:

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
	System.out.println(18&25);
}
}

Ao colar esse código no seu terminal, você obterá o resultado 16.

Java bitwise OR Bit-a-Bit

O operador Java bitwise OR Bit-a-Bit (|) também compara pares de bits. Ao utilizá-lo, bastará que apenas um dos dois operandos tenha o valor 1 para que o resultado também passe a ser 1. Tomemos novamente os números 18 e 25 como exemplo:

18 = 10010 25 = 11001

Como todos os bits, exceto o terceiro, contêm pelo menos um valor 1, o valor gerado pela operação é 11011, equivalente ao número decimal 27.

Assim seria a aplicação, em um código, desse bitwise operator in Java:

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
	System.out.println(18|25);
}
}

Java bitwise XOR

O operador Java bitwise XOR, ou OR exclusivo (^), é semelhante ao operador bitwise OR. No entanto, enquanto OR exige que um ou ambos os operandos sejam 1, XOR só retorna 1 se exatamente um dos dois valores também for 1. O exemplo abaixo esclarece o conceito:

18 = 10010 25 = 11001

Observe que os dois primeiros bits têm o valor 1, que é transformado em 0 por este operador Java bitwise. Por outro lado, o segundo bit de 18 é 0 enquanto o de 25 é 1. Assim, o valor resultante também será 1. Ao executarmos a operação em todos os bits, obtemos esta terceira combinação: 01011, equivalente ao número decimal 11.

O código dessa operação bitwise XOR é o seguinte:

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
	System.out.println(18^25);
}
}

Java bitwise de deslocamento para a esquerda

Uma operação Java bitwise de deslocamento para a esquerda (<<) desloca os bits de valor “a” para a esquerda, pela distância “b”. Nesse tipo de operação, espaços em branco do resultado são preenchidos com 0. Exemplo clássico é o valor int que ocupa 32 bits de uma memória. Nosso exemplo tomará o número decimal 20 (10010) e o deslocará pelo valor “b” 2, para obter o valor “c” 1001000. Observe que, nesse caso, dois zeros são adicionados ao final da sequência: 1001000 (correspondente ao número decimal 72).

Para deslocar bits para a esquerda com uma operação Java bitwise, baseie-se no exemplo de código abaixo:

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
	int a = 20;
	int b = 2;
	int c = (a << b);
	System.out.println(c);
}
}

Java bitwise de deslocamento para a direita com sinal

Uma operação Java bitwise de deslocamento para a direita com sinal (>>) funciona da maneira exatamente oposta à operação de deslocamento para a esquerda. Como o nome já diz, o deslocamento à direita move, para a direita, os bits do valor “a” por um valor “b” , obtendo o valor “c”. Nesse tipo de operação, os últimos bits são eliminados. No nosso exemplo, deslocamos o valor 20 (10010) duas posições para a direita, obtendo o resultado 100 (número decimal 4).

O código abaixo detalha a operação:

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
	System.out.println(20 >> 2);
}
}

Observe que a operação Java bitwise de deslocamento à direita preenche espaços em branco com 0, mas somente quando “a” é um número positivo. Caso ele seja negativo, os espaços em branco serão preenchidos com 1.

Java bitwise de deslocamento para a direita sem sinal

O operador Java bitwise de deslocamento para a direita sem sinal (>>>) funciona basicamente da mesma maneira que o outro operador de deslocamento para a direita. A diferença está no fato de que o operador para a direita sem sinal sempre preenche com 0 os espaços em branco que surgem do lado esquerdo do valor deslocado para a direita. Dessa forma, essa operação bitwise sempre resultará em valores positivos, mesmo que os valores iniciais sejam negativos.