Java中字节数组的位移操作

Question

如何将字节数组向右移动 n 个位置？ 例如，将 16 字节数组右移 29 个位置？ 我在某处读到它可以使用 long 来完成吗？ 会使用这样的长期工作：

Long k1 = 从 0 到 7 的字节数组

Long k2 = 从 8 到 15 的字节数组

然后使用 Long.rotateRight(Long x, number of rotations) 将这两个 long 向右旋转。这两个 long 将如何连接回字节数组？

Answer 1

我相信你可以使用 java.math.BigInteger 来做到这一点，它支持任意大数的移位。 这具有简单的优点，但缺点是不填充原始字节数组大小，即输入可能是 16 个字节，但输出可能只有 10 个等等，需要额外的逻辑。

大整数方法

byte [] array = new byte[]{0x7F,0x11,0x22,0x33,0x44,0x55,0x66,0x77};

// create from array
BigInteger bigInt = new BigInteger(array);

// shift
BigInteger shiftInt = bigInt.shiftRight(4);

// back to array
byte [] shifted = shiftInt.toByteArray();

// print it as hex
for (byte b : shifted) {
    System.out.print(String.format("%x", b));
}

输出

7f1122334455667   <== shifted 4 to the right. Looks OK

长时间操纵

我不知道为什么你想用 rotateRight() 来做这个，因为这会让生活变得更加困难，你必须在 K1 等左侧出现的位上空白。你最好使用 shift IMO 如下所述。 我使用了 20 的移位来被 4 整除，这样更容易看到输出中的半字节移动。

1) 使用 ByteBuffer 从 16 字节数组形成两个 long

byte[] array = { 0x00, 0x00, 0x11, 0x11, 0x22, 0x22, 0x33, 0x33, 0x44, 0x44, 0x55, 0x55, 0x66, 0x66, 0x77, 0x77 };
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(array);
long k1 = buffer.getLong();
long k2 = buffer.getLong();

2) 将每个长 n 位右移

int n = 20;

long k1Shift = k1 >> n;
long k2Shift = k2 >> n;

System.out.println(String.format("%016x => %016x", k1, k1Shift));
System.out.println(String.format("%016x => %016x", k2, k2Shift));

0000111122223333 => 0000000001111222
4444555566667777 => 0000044445555666

确定来自 k1 的“被推离边缘”的位

long k1CarryBits = (k1 << (64 - n));
System.out.println(String.format("%016x => %016x", k1, k1CarryBits));

0000111122223333 => 2333300000000000

将 K1 进位位连接到右侧的 K2 上

long k2WithCarray = k2Shift | k1CarryBits;
System.out.println(String.format("%016x => %016x", k2Shift, k2WithCarray));

0000044445555666 => 2333344445555666

将两个 long 写回 ByteBuffer 并提取为字节数组

buffer.position(0);
buffer.putLong(k1Shift);
buffer.putLong(k2WithCarray);
for (byte each : buffer.array()) {
    System.out.print(Long.toHexString(each));
}

000011112222333344445555666

Answer 2

这是我想出的将字节数组左移任意数量的位的方法：

/**
 * Shifts input byte array len bits left.This method will alter the input byte array.
 */
public static byte[] shiftLeft(byte[] data, int len) {
    int word_size = (len / 8) + 1;
    int shift = len % 8;
    byte carry_mask = (byte) ((1 << shift) - 1);
    int offset = word_size - 1;
    for (int i = 0; i < data.length; i++) {
        int src_index = i+offset;
        if (src_index >= data.length) {
            data[i] = 0;
        } else {
            byte src = data[src_index];
            byte dst = (byte) (src << shift);
            if (src_index+1 < data.length) {
                dst |= data[src_index+1] >>> (8-shift) & carry_mask;
            }
            data[i] = dst;
        }
    }
    return data;
}

Answer 3

1.手动实现

这是不使用BigInteger （即不创建输入数组的副本）和无符号右移（ BigInteger当然只支持算术移位）的左右移位实现

左移<<

/**
 * Light shift of whole byte array by shiftBitCount bits. 
 * This method will alter the input byte array.
 */
static byte[] shiftLeft(byte[] byteArray, int shiftBitCount) {
    final int shiftMod = shiftBitCount % 8;
    final byte carryMask = (byte) ((1 << shiftMod) - 1);
    final int offsetBytes = (shiftBitCount / 8);

    int sourceIndex;
    for (int i = 0; i < byteArray.length; i++) {
        sourceIndex = i + offsetBytes;
        if (sourceIndex >= byteArray.length) {
            byteArray[i] = 0;
        } else {
            byte src = byteArray[sourceIndex];
            byte dst = (byte) (src << shiftMod);
            if (sourceIndex + 1 < byteArray.length) {
                dst |= byteArray[sourceIndex + 1] >>> (8 - shiftMod) & carryMask;
            }
            byteArray[i] = dst;
        }
    }
    return byteArray;
}

无符号右移 >>>

/**
 * Unsigned/logical right shift of whole byte array by shiftBitCount bits. 
 * This method will alter the input byte array.
 */
static byte[] shiftRight(byte[] byteArray, int shiftBitCount) {
    final int shiftMod = shiftBitCount % 8;
    final byte carryMask = (byte) (0xFF << (8 - shiftMod));
    final int offsetBytes = (shiftBitCount / 8);

    int sourceIndex;
    for (int i = byteArray.length - 1; i >= 0; i--) {
        sourceIndex = i - offsetBytes;
        if (sourceIndex < 0) {
            byteArray[i] = 0;
        } else {
            byte src = byteArray[sourceIndex];
            byte dst = (byte) ((0xff & src) >>> shiftMod);
            if (sourceIndex - 1 >= 0) {
                dst |= byteArray[sourceIndex - 1] << (8 - shiftMod) & carryMask;
            }
            byteArray[i] = dst;
        }
    }
    return byteArray;
}

使用这个类的这个项目。

2. 使用 BigInteger

请注意， BigInteger内部将字节数组转换为 int[] 数组，因此这可能不是最优化的解决方案：

算术左移<<：

byte[] result = new BigInteger(byteArray).shiftLeft(3).toByteArray();

算术右移>>：

byte[] result = new BigInteger(byteArray).shiftRight(2).toByteArray();

3. 外部图书馆

使用字节 java 库*：

添加到 pom.xml：

<dependency>
    <groupId>at.favre.lib</groupId>
    <artifactId>bytes</artifactId>
    <version>{latest-version}</version>
</dependency>

代码示例：

Bytes b = Bytes.wrap(someByteArray);
b.leftShift(3);
b.rightShift(3);
byte[] result = b.array();

_{*完全免责声明：我是开发人员。}

Answer 4

这是一个旧帖子，但我想更新亚当的答案。 长解决方案只需进行一些调整即可。

为了旋转，使用 >>> 而不是 >>，因为 >> 将填充有效位，改变原始值。

其次，printbyte 函数在打印时似乎错过了前导 00。 改用这个。

private String getHexString(byte[] b) {
    StringBuilder result = new StringBuilder();
    for (int i = 0; i < b.length; i++)
        result.append(Integer.toString((b[i] & 0xff) + 0x100, 16)
                .substring(1));
    return result.toString();
}