JAVA 和字節數組

Question

我正在嘗試使用一個 API，其中有一個套接字用於通信。 請求由不同部分組成，其中之一是標頭，如下所示：

Fixed header: 2 bytes, fixed at 0xffff

通常我不擅長字節和流，因為我從未使用過它。 那么我應該如何創建所說的字節數組？ 我試過以下

byte[] header = new byte[]{(byte)0xff, (byte)0xff};

但是它們每個字節都變成 -1，我相信這是因為 0xFF 轉換為 255，這超出了有符號字節范圍（-128 到 +127），但是我該如何創建這樣的標頭？

Answer 1

你剛剛做到了。

最后，計算機只知道比特。 剩下的就是代碼和查看它的人所做的。 位是 0 或 1。如果您購買了具有 4GB RAM 的計算機，那么您的計算機可以記住其中的 34359738368。

這有點笨拙，因此 AMD、英特爾、台積電或任何烘焙您芯片的人都將芯片融入芯片設計中，芯片將它們以 8 個為一組（對於某些工作，以 64 個或更高為一組）。 但這就是它結束的地方。 這只是一點點，真的。 負數？ 那是什么？ 2？ 你說的這2個是什么。 我只知道0和1。

所以這也很笨拙，所以我們人類不想說：這個字節持有值 00000101。我們只會說“持有 5”。

bits     = decimal
00000000 = 0
00000001 = 1
00000010 = 2
00000011 = 3
00000100 = 4
00000101 = 5
... and so on

太好了，但是 -1 呢？ 我們只有0和1 。 沒有 - 那么我們如何做到這一點？

這就是它變得有趣的地方。 這是一個約定，而不是計算機中的東西。 有一種叫做二進制補碼的東西：我們都同意檢查第一位。 如果它是 1，那么我們將稱之為-X ，其中 X 是通過應用以下算法找到的：翻轉每一位（所有零變為 1，所有 1 變為零），然后將其加 1。

11111011 = -5.

Why? Well, flip every bit: 00000100
then add 1 to it         : 00000101

which is 5.

但這立即吃掉了我們可以代表的一半。 畢竟，我們現在可以存儲在一個字節中的最大數字是 127: 01111111 ，也就是 127。如果我們給這個數字加 1，那么我們得到10000000 ，但是嘿，它以 1 位開頭，所以假設我們都是同意這意味着它是負數，這意味着1000000是 -128（有點奇怪）。

有時這很煩人或不值得。 所以有時我們都同意這個數字根本不能是負數， 1000000只是 128。而11111111只是 255。

電腦不知道。 255 是11111111 ，-1 也是。 那么11111111什么？ 電腦不知道。 它甚至不知道2是什么。 它只知道零和一，就計算機而言， 11111111就是它。 （數學計算得出 + 和 - '只是工作'，無論我們是否規定這些數字是否被視為有符號的二進制補碼，很酷，是吧？試試吧！如果11111011既是 -5 11111011是 251，取決於一個閱讀關數的意見，會發生什么？-5 + 2是-3。251 + 2是253 -3和253歸結為位的順序相同。只是一個例子，這是順便說一下，為什么我們做了奇怪的“翻轉所有位並加1”的東西。這樣+和-就可以工作，你不需要傳遞你是否考慮“有符號”或“無符號”位。

在java中，除char （它是一種數字類型。你認為它代表一個字符，但實際上不是）之外的所有數字類型都是有符號的。 byte是“有符號的 8 位數字”（因此，可以表示從-128到+127 ，含）。 char 是唯一的例外，它是一個“無符號的 16 位數字”，因此可以保存0到65535 ，包括0到65535 。 只是如果你調用System.out.println((char) 65); ， println 方法會將該數字解釋為：“在 unicode 表中查找並打印您在那里找到的任何內容”，因此打印 'A'。 這是該特定 println 方法的源代碼的一部分，它與 java 中的char類型無關，它只是“0 到 65535 之間的數字”。

因此，當您在 java 中打印包含0xFF, 0xFF字節數組時，因為 java 同意我們認為它已簽名，所以它會打印 -1, -1。 但這只是 0xFF、0xFF 的 java-ese。 您的字節數組包含 0xFF, 0xFF 因為在位級別 -1 和 255 是完全相同的數字。 無論如何，對於字節。 其他的（char、short、int、long）則不然。

回顧一下：

byte x = (byte) 200;
byte x = (byte) 0xC8;
byte x = -56;

在所有這些情況下， x 最終保持位11001000 。 沒有辦法區分。 你不能問系統：那么，呃，這個 x 是等於 200、0xC8 還是 -56？ 是用什么來設置的？ 因為計算機不知道 - 編譯器將上述所有代碼轉換為完全相同的最終結果，即 11001000。

255是-1。

Answer 2

好吧，首先您必須知道在 Java 中所有整數類型都是有符號的。 這意味着保留最高有效位來表示符號。 這就是為什么在 Java 中常量Byte.MAX_VALUE說它可以達到 127。

現在，這意味着您可以在一個字節中存儲 8 位，但是如果您碰巧打開了符號位，那么您存儲的任何內容都將被 Java 表示為負數。

由於0xff打開所有字節位（即11111111 ）而不是像您期望的那樣獲得255 ，因此您獲得的是 -1，因為該數字在 Java 中表示 -1。

也許為了理解它，我可以向您展示這些位在 Java 中是如何工作的。 想象一種只有 4 位的稱為靈活的類型，其中最高有效位保留用於符號。

如果 Java 存在的話，它會是這樣的：

Imaginary Signed Type: Nimble (4 bits)

Dec. Bin.  Hex.
--------------------
+0   0000  0x0   
+1   0001  0x1
+2   0010  0x2
+3   0011  0x3
+4   0100  0x4
+5   0101  0x5
+6   0110  0x6
+7   0111  0x7
-8   1000  0x8
-7   1001  0x9
-6   1010  0xA
-5   1011  0xB
-4   1100  0xC
-3   1101  0xD
-2   1110  0xE
-1   1111  0xF

注意那些最高有效位的數字是如何變成負數的。 如果這個靈活是無符號類型，那么它不會有負數，它可以達到 15。

這就是為什么 Java 字節從 -128 到 127，而不是您期望的最多 255。

現在，當涉及到創建字節數組以發送到流時，也許不是自己創建字節數組，您可以將套接字輸出流包裝到類型感知流，如DataOuputStream ，它允許您發送特定類型的數據.

例如：

try(DataOutputStream out = new DataOutpuStream(socket.getOutputStream())) {
   dOut.writeByte((byte)0xff);
   dOut.writeByte((byte)0xff);
}

這樣您就可以避免必須創建標題數組的所有困難。

但最重要的是，如果沒問題，你就是數組。