Java修炼终极指南:22. 简要介绍Java中的(无)符号整数

有符号值（或变量），如有符号整数或有符号长整数，允许我们表示负数和正数。无符号值（或变量），如无符号整数或无符号长整数，只允许我们表示正数。相同类型的有符号和无符号值（变量）共享相同的范围。但是，如你在下面的图中看到的，无符号变量可以表示更大范围的数值。

图1.20 - 有符号和无符号整数

有符号的32位整数范围从-2,147,483,648到2,147,483,647（大约40亿个值）。无符号的32位整数范围从0到4,294,967,295（也是大约40亿个值）。因此，当我们使用有符号整数变量时，我们可以使用20亿个正数值，但当我们使用无符号整数变量时，我们可以使用40亿个正数值。图中阴影部分表示额外的20亿个正整数值。

通常，当我们根本不需要负值（例如，计算类似事件发生的次数）并且需要使用图1.20中阴影区域中的值时，就需要无符号值。Java仅支持有符号整数，这些整数在有符号系统中使用流行的补码表示法（关于补码表示法和位操作的详细解释，请参阅《Java中的完整编码面试指南》第9章，位操作）。但是，从JDK 8开始，我们还有了无符号整数API，它为无符号算术提供支持。实际上，我们谈论的是在Integer和Long类中添加的一系列静态方法。它们在《Java编码问题》（第一版）的第27（基数中的无符号数字符串）、28（通过无符号转换转换为数字）、29（比较两个无符号值）和30（无符号值的除法和取模）问题中都有涉及。

此外，JDK 9提供了一个名为Math.multiplyHigh(long x, long y)的方法。该方法返回一个long类型，表示两个64位因数的128位乘积的最高有效64位。下面的图阐明了这一说法：

图1.21 - 两个64位因数的128位乘积的最高有效64位

例如：

long x = 234253490223L;  
long y = -565951223449L;  
long resultSigned = Math.multiplyHigh(x, y); // -7187

返回的结果（-7187）是一个有符号值。该方法的无符号版本，unsignedMultiplyHigh(long x, long y)，在JDK 18中被引入，其工作原理如下：

// 234253483036  
long resultUnsigned = Math.unsignedMultiplyHigh(x, y);

因此，unsignedMultiplyHigh(long x, long y)返回一个long类型，表示两个无符号64位因数的无符号128位乘积的最高有效64位。但是，请记住，Java支持无符号算术，而不是无符号值/变量。然而，多亏了Data Geekery公司（以著名的jOOQ而闻名），我们有了jOOU（Java面向对象无符号）项目，旨在在Java中引入无符号数字类型。虽然你可以在https://github.com/jOOQ/jOOU上探索这个项目，但下面是一个定义无符号long的示例：

// 使用jOOU  
ULong ux = ulong(234253490223L);  // 234253490223  
ULong uy = ulong(-565951223449L); // 18446743507758328167

并在unsignedMultiplyHigh(long x, long y)中使用它：

long uResultUnsigned = Math.unsignedMultiplyHigh(  
    ux.longValue(), uy.longValue());

你可以在捆绑的代码中找到这些示例。