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面這行代碼的輸出是什么？
下面兩行代碼的輸出相同嗎？
請嘗試在Eclipse中運行上面的兩個代碼片段，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個代碼片段的運行結果是：-1
第2個代碼片段的運行結果是：65535和255
上面的兩個代碼片段來源於《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);
}
}
上面的代碼中連續進行了3次類型轉換，最后的結果會回到-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，相信大家讀完后應該就知道其中的原因了。
一、Java中如何編碼負數？
Java采用”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，每一個二進制位都取相反值，0變成1，1變成0。比如，+8的二進制編碼是00001000，取反后就是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”的詳細信息，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、什么是符號擴展(Sign Extension)?
符號擴展（Sign Extension）用於在數值類型轉換時擴展二進制位的長度，以保證轉換后的數值和原數值的符號（正或負）和大小相同，一般用於較窄的類型（如byte）向較寬的類型（如int）轉換。擴展二進制位長度指的是，在原數值的二進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表示十進制數10，二進制碼為"00 1010"，如果將它進行符號擴展為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），符號擴展前后數值的大小和符號都保持不變；如果用10bits表示十進制數-15，使用“2的補碼”編碼后，二進制碼為"11 1111 0001"，如果將它進行符號擴展為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），符號擴展前后數值的大小和符號都保持不變。
三、Java類型轉換規則
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：
- 十進制方式，直接書寫十進制數字
- 八進制方式，格式以0打頭，例如012表示十進制10
- 十六進制方式，格式為0x打頭，例如0xff表示十進制255
需要注意的是，在Java中012和0xff返回的都是int型數據，即長度是32位。
2. Java的數值類型轉換規則
這個規則是《Java解惑》總結的：如果最初的數值類型是有符號的，那么就執行符號擴展；如果是char類型，那么不管它要被轉換成什么類型，都執行零擴展。還有另外一條規則也需要記住，如果目標類型的長度小於源類型的長度，則直接截取目標類型的長度。例如將int型轉換成byte型，直接截取int型的右邊8位。
四、解析“多重轉型”問題
連續三次類型轉換的表達式如下：
(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類型時，直接截取最后8位，所以byte結果為0xff，對應的十進制值是-1.
2. byte(8位) -> char(16位)
由於byte是有符號類型，所以在轉換成char型（16位）時需要進行符號擴展，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是無符號類型，所以0xffff表示的十進制數是65535。
3. char(16位) -> int(32位)
由於char是無符號類型，轉換成int型時進行零擴展，即在0xffff左邊連續補上16個0，結果是0x0000ffff,對應的十進制數是65535。
五、幾個轉型的例子
在進行類型轉換時，一定要了解表達式的含義，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類型時，並且不希望有符號擴展，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的二進制編碼前添加16個0，然后再和0xffff進行&操作，所表達的意圖是強制將前16置0，后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展的意圖。
如果需要符號擴展，則可以如下編碼：
int i = (short)c; //Cast causes sign extension
首先將c轉換成short類型，它和char是 等寬度的，並且是有符號類型，再將short類型轉換成int類型時，會自動進行符號擴展，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展，那么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類型，前24被強制置0，后8位保持不變，然后轉換成char型時，直接截取后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，即進行零擴展而不是符號擴展。
如果需要符號擴展，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展的意圖，注釋是必須的。
六、小結
實際上在數值類型轉換時，只有當遇到負數時才會出現問題，根本原因就是Java中的負數不是采用直觀的方式進行編碼，而是采用“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，截斷后卻變成了負數。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
1. 阮一峰-關於2的補碼
http://www.ruanyifeng.com/blog/2009/08/twos_complement.html
2. wikipedia-Sign extension
http://en.wikipedia.org/wiki/Sign_extension