首先，我們先看一段程式碼：

public class TestDemo02 {
    public static void main(String[] args) {
        int num1 = 4;
        int num2 = -4;
        System.out.println(Integer.toBinaryString(num1));
        System.out.println(Integer.toBinaryString(num2));
    }
}

這段程式碼是要列印num1和num2的二進位制表示，我們看下結果：

4很理解，100 = 1*2^2+0*2^1+0*2^0=4，但是-4 為什麼是11111111111111111111111111111100來表示？？

這裡，我們就需要了解計算機中資料是如何儲存的。

一、基本定義

在計算機系統中，數值一律用補碼來表示和儲存。原因在於，使用補碼，可以將符號位和數值域統一處理；同時，加法和減法也可以用補碼統一處理。此外，補碼與原碼相互轉換，其運算過程是相同的，不需要額外的硬體電路。

1. 原碼：二進位制表示。二進位制首位是符號位，0為正，1為負
2. 反碼：正數，反碼和原碼一樣；負數，符號位不變，其他各位取反
3. 補碼：正數，補碼和原碼一樣；負數，反碼末位加1，有進位則進位，但不改變符號

按照這個定義，我們看下-4是怎麼表示的。

-4的原碼，符號位為1表示負數

10000000 00000000 00000000 00000100

-4的反碼，符號位不變，其他各位取反

11111111 11111111 11111111 11111011

-4的補碼，反碼的末位加1，符號位不變

11111111 11111111 11111111 11111100

所以，我們看到跟java 執行輸出的結果是一致的。

二、負數的位運算

正數的原碼、反碼、補碼都一樣，直接運算即可，負數的位運算需要轉換成補碼運算後再轉成原碼。

例如：

-4<<2

① -4的原碼，符號位為1表示負數

10000000 00000000 00000000 00000100

② -4的反碼，符號位不變，其他各位取反

11111111 11111111 11111111 11111011

③ -4的補碼，反碼的末位加1，符號位不變

11111111 11111111 11111111 11111100

④對補碼進行左移兩位（最高位不變，次高兩位去掉，末尾兩位補0）

11111111 11111111 11111111 11110000

⑤取反碼，-1

11111111 11111111 11111111 11101111

⑥原碼，最高位不變，其他位去反

10000000 00000000 00000000 00010000

換算成十進位制就是-16.

我們用程式驗證下：

public class TestDemo02 {
    public static void main(String[] args) {
        int num2 = -4;
        System.out.println(num2<<2);
    }
}

輸出結果：

因此，總結下，涉及到負數的位運算，計算過程：

擴充套件閱讀：為什麼需要反碼？

https://blog.csdn.net/chenchao2017/article/details/79733278