Java中的compare()和compareUnsigned()有什么区别

Question

我知道compare(int a, int b) 如果a > b 返回 1，如果a == b 返回 0，-1 a < b。当我面对compareUnsigned() 时，我不知道它是如何工作的。我在 IntelliJ Idea 中对此方法的文档进行了一些研究，发现了
compareUnsigned() 静态方法在接收整数 x 和 y 作为参数后如何工作：

public static int compareUnsigned(int x, int y) {
        return compare(x + -2147483648, y + -2147483648);
    }

谁能解释一下这种方法与compare(int a, int b) 方法相比是否有什么特殊之处以及它是如何做的。

Answer 1

这可能不是一个完美的答案，因为我不太确定 Java 在调用 Integer.compareUnsigned(-1, 2) 时究竟做了什么，但我会尝试解释我认为正在发生的事情。

首先我要指出的是

Integer.compareUnsigned(-1, 2)

返回 1，表示 -1 大于 2。为什么我会在这里解释。

Integer.compare(int, int)

就像手动进行一般的整数比较。

在解释 Integer.compareUnsigned(int, int) 之前，让我们先看看有符号整数和无符号整数是什么。

Java 使用 32 位来存储整数。这意味着int 变量最多可以表示 2^32 个数字。值的范围取决于所使用的整数表示。

对于无符号整数，这将是 0 到 4,294,967,295 (2^32 − 1)。这意味着 32 位系统上的最小无符号整数是 0，而 32 位系统上的最大无符号整数是 4,294,967,295。

对于有符号整数将是 -2,147,483,648 (-2^31) 到 2,147,483,647 (2^31 - 1) 以表示为二进制补码。

现在您看到 -1 在无符号表示中不存在。在像 C 这样具有无符号类型的语言中。当你做 unsigned int x = -1;在我的 64 位基于 Intel 的 Mac 上（我在这里比较具体，因为与 Java 不同，C 有点特定于实现），-1 被转换为 4294967295，它是无符号整数的最大值。 -2 转换为 4294967294，仅比无符号整数的最大值小 1。

#include <stdio.h>

int main() {
    unsigned int x = -1;
    unsigned int y = -2;

    printf("x = %u\ny = %u\n", x, y);
    return 0;   
}

输出

x = 4294967295 
y = 4294967294

现在您看到在 C 中将负数转换为带符号的等价物。我不太确定这是如何完成的，但您可以查看这个答案以进一步了解它https://stackoverflow.com/a/7152835/4801462

因此，当您调用 Integer.compareUnsigned(-1, 2) 时，我的猜测是 Java 试图将 -1 视为无符号整数。这意味着 -1 将在比较完成之前转换为非负值。这是如何完成的我不太确定，因为文档没有说，但你不应该指望这一点。为什么这么说？

Java 确实 NOT 具有无符号类型，并且 Java 中的 int 能够保持正的最大值 2,147,483,647 (2^31 − 1)，大约是一半unsigned int 的最大值。因此，即使 -1 被视为无符号整数，它也可能会溢出 int 变量，这将导致 -1 的无符号版本以外的内容存储在该变量中。

我的建议是，除非你 100% 做好自己的工作，否则不要使用这种方法。

注意

更有经验的人可能会有更好的答案。我从来没有使用过这种方法。我只是应用了 4 年前从大学学到的知识来回答这个问题。

参考文献：

https://en.wikipedia.org/wiki/32-bit

编辑

当您在 Integer.compareUnsigned(int, int) 中发送 -1 时，Java 可以做的是获取 -1 的无符号等效项并将其存储在 long 中，因为它可能会溢出 int 然后执行比较。

Answer 2

有符号int 值的范围是-2^31 到2^31-1。值 0 在中间。

无符号int的范围是0到2^32-1，0是最小的数字。

两者都有 2^32 个值，区别在于哪个表示是最低的和最高的。

通过将所有值移动 -2^31，（例如 0，最低无符号 ==> -2^31，最低有符号），无符号范围移动到有符号范围，比较像 < <= >= > == != 对未签名的所有工作都像对签名一样工作。

Answer 3

为此，您应该了解有符号整数和无符号整数之间的区别，这是您在学习 C 和 C++ 中的数据类型时遇到的一个基本概念，但在 java 中它很少使用。无符号整数是编译器将整数视为始终为正的整数。 例如， 10的二进制码是01010。（5位） -10的二进制码是11010，

第一位代表值的符号。 0 表示正数，1 表示负数。

unsigned 的作用是将 -10 读取为 26（没有符号位的 11010 是 26 的二进制代码）

那么 compareUnsigned(int x, int y) 所做的就是将 x 和 y 读取为无符号整数，然后将答案作为 Integer 中的一般比较函数返回。

Answer 4

好的，我已经挖掘了这两种方法的来源。这就是 java 文档所要说的。

/**
 * Compares two {@code long} values numerically treating the values
 * as unsigned.
 *
 * @param  x the first {@code long} to compare
 * @param  y the second {@code long} to compare
 * @return the value {@code 0} if {@code x == y}; a value less
 *         than {@code 0} if {@code x < y} as unsigned values; and
 *         a value greater than {@code 0} if {@code x > y} as
 *         unsigned values
 * @since 1.8
 */

所以它将值视为无符号，然后比较它们。这是它的代码。

public static int compareUnsigned(long x, long y) {
    return compare(x + MIN_VALUE, y + MIN_VALUE);
}

如果我们看一下this SO 帖子，我们可以看到无符号值的实际含义

引用我刚刚在上面链接的 SO 帖子中 Pubby 所说的话，我们可以理解

有符号整数可以表示负数；无符号不能。

有符号整数在溢出时具有未定义的行为，而 无符号整数使用模数环绕。

有关更多信息，您应该查看他的回答here

Answer 5

也许我已经解决了这个问题。有符号 int 值的范围是 -2^31 到 2^31-1。 unsigned int 值的范围是 0 到 2^32-1。它们的区别在于最高位是否为符号。

请注意，Java 没有无符号类型。

我们可以看到Integer.toBinaryString(i)对i的二进制补码表示，左边的零位可以省略。

范围可以分为两个区间，即[-2^31,-1]和[0,2^31-1]。任何间隔都可以由另一个间隔加上 Integer.MIN_VALUE 生成。示例如下表所示。

第一列是原始值，第二列是它的二进制补码表示。第三列是原始值加 Integer.MIN_VALUE 的值，第四列是它的二进制补码表示。第二列和第四列都是32位，只是0-1和0-0的间距不同而已。

补码运算有两条规则：

1. 使用补码，符号位和其他位可以统一处理。

2. 当两个互补数相加时，如果最高位（符号位）有进位，则丢弃该进位。

综上所述，Java 使用有符号的 int 来解决无符号的比较。

The original value	two's complement	The result value	two's complement
-2^31	10000000000000000000000000000000	0	0000000000000000000000000000000
-1	11111111111111111111111111111111	2^31-1	01111111111111111111111111111111
...	...	...	...
0	00000000000000000000000000000000	-2^31	10000000000000000000000000000000
2^31-1	01111111111111111111111111111111	-1	11111111111111111111111111111111