Создадим переменную, увеличим на 1, выведем на печать:
byte a = 127;
a++;
System.out.print(a);
Почему выходит -128? Логично, что byte не может быть больше 127. Но хотелось бы точного ответа.
В переменной типа byte
содержится 8 бит. Старший (самый левый) бит отвечает за знак. Если старший бит 1
, то число отрицательное, если 0
- то неотрицательное (ноль или положительное).
127 в двоичном представлении - 01111111
.
Если к этому числу добавить 1, то получится 10000000
(-128
), то есть увеличивая число, мы "залезли" в знаковый бит и превратили число в самое маленькое отрицательное, которое может содержать тип byte
.
Все дело в двоичном представлении числа.
Переменная типа byte
, как ни странно, занимает ровно 1 байт
, а как известно это 8 бит
(в подавляющем большинстве случаев).
Число 127
из 10-ой системы счисления выглядит как 0111 1111
в двоичной системе счисления. Таким образом, при прибавлении 1
, число приобретает вид 1000 0000
, что при приведении в десятичную систему счисления без всяких преобразований (положительные же числа именно так и представлены в памяти, т.е. прямым кодом
), получается число 128
, но отрицательные же числа в java (да и вообще на большинстве ЭВМ) представлены дополнительным кодом числа (необходимым для того, чтобы операции сложения и вычитания выполнялись одинаково для знаковых и беззнаковых чисел), в котором старший разряд (т.е. самый старший бит байта) является знаковым.
Таким образом, если старший бит байта переменной типа byte
имеет значение 0
, то число, находящееся в этом байте, записано в прямом коде и является беззнаковым (положительным), иначе если 1
, то переменная определенно представляет отрицательное число, записанное в дополнительном коде
.
Чтобы вам стало понятнее, то представьте, что затем происходит преобразование числа из обратного кода (т.е. пусть мы будем получать прямой код числа, взятого по модулю):
Все разряды числа инвертируются, а к результату прибавляется 1
Это чтобы было понятно как представлены внутри байта остальные числа {-127, -126, ..., -1
}, в нашем же случае после применения данной операции мы снова получим двоичное число 1000 0000
(в отличие от применения данной операции к другим отрицательным числам из данного множества), т.е. 128
, но мы знаем, что в доп коде у этого числа старший разряд был 1
, а значит - это знаковое (отрицательное) число -128
.
Потому что Java никак не обрабатывает переполнение и в результате применения математических операций на двоичных числах получается такой результат.