Java中16进制数与Byte的相互转换及其相关
最近研究Java中的Socket，发现16进制与Byte数据相互转换的函数在Socket中非常常见，并且其中还有非常多值得深究的点，故写下此篇文章。欢迎各位一起探讨。
1.发送和接收
发送：将16进制的String字符串，转换成Byte数组，并发送
接收：接收传输过来的Byte数组，将其转换成16进制的String字符串
这里以“B5 5B 01 09 04”这个16进制字符串为例
假设我们发送的字符串为“B5 5B 01 09 04”，那么
发送的全部过程为：Java接收“B5 5B 01 09 04”这个字符串，将其转换成Byte[]，并将此Byte数组通过输出流发送到服务端Server。
接收的全部过程为：输入流接收服务端Server传输的Byte[]，本地客户端Client将此Byte数组还原为16进制字符串，并在Client输出此字符串。
其中Socket通信所使用的数据为Byte数组
因此，在客户端Client需要写出两个函数：
16进制字符串转Byte数组函数Hex2Byte
//16进制字符串转byte数组
public static byte[] Hex2Byte(String inHex) {
String[] hex=inHex.split(" ");//将接收的字符串按空格分割成数组
byte[] byteArray=new byte[hex.length];
for(int i=0;i<hex.length;i++) {
//parseInt()方法用于将字符串参数作为有符号的n进制整数进行解析
byteArray[i]=(byte)Integer.parseInt(hex[i],16);
}
return byteArray;
}Byte数组转16进制字符串函数Byte2Hex
//byte数组转16进制字符串
public static String Byte2Hex(byte[] inByte) {
StringBuilder sb=new StringBuilder();
String hexString;
for(int i=0;i<inByte.length;i++) {
//toHexString方法用于将16进制参数转换成无符号整数值的字符串
String hex=Integer.toHexString(inByte[i]);
if(hex.length()==1) {
sb.append("0");//当16进制为个位数时，在前面补0
}
sb.append(hex);//将16进制加入字符串
sb.append(" ");//16进制字符串后补空格区分开
}
hexString=sb.toString();
hexString=hexString.toUpperCase();//将16进制字符串中的字母大写
return hexString;
}2.问题
假设我们发送的字符串和接收的字符串一样，均为“B5 5B 01 09 04”。
写完程序，运行之后的结果如下：
请输入通讯报文：
B5 5B 01 09 04
Server返回的结果为：
FFFFFFB5 5B 01 09 04 可以发现，第一个数本该是B5，最终却成了FFFFFFB5，而其他的数却没有问题，这是为什么呢？
截取客户端发送数据之前，将16进制转换成Byte数组，还未发送之前的数据，发现：
请输入通讯报文：
B5 5B 01 09 04
发送前的Byte数组为：[[email protected]
Server返回的结果为：
FFFFFFB5 5B 01 09 04
直接将Byte数组输出，会得到一串乱码。
此处写一个for循环，将Byte[]中的元素按次序输出，结果为：
请输入通讯报文：
B5 5B 01 09 04
Byte数组各项为：
-75 91 1 9 4
Server返回的结果为：
FFFFFFB5 5B 01 09 04
第一个数为负数，而后4个数为正数，Server返回的结果中错的也是第一个数“B5”。
我们输入16进制数B5的时候，对应的10进制数应该是181，为一个正数，可转换为Byte数据的时候却成了负数-75，不是我们预想的181。
弄清为什么转换的时候会变成负数，之前的问题也会迎刃而解。
3.Java中Int与Byte数据转换的问题
在之前的16进制转Byte数据函数Hex2Byte中，调用了parseInt()方法，此方法是将字符串参数作为有符号的n进制整数进行解析。
在我们输入的“B5 5B 01 09 04”字符串中，将第一个字符串“B5”代入parseInt()函数，因为算的是十位数，n取10，此处得到的数应该是181，是一个int型数据。
Int型数据由32个bit，也就是32个0或1组成。
将int 181按bit展开得到：
00000000 00000000 00000000 10110101
Hex2Byte函数将字符串所代表的16进制数转换成Byte，而Byte是8bit，也就是由8个0或1组成。
16进制数B5的Byte数为：
10110101
Int转换为Byte的过程，也是将Int里32个bit的前24个“砍掉”，只留下最后8个bit的过程。
Byte里第一位为符号位，0为正，1为负，且负数均用补码表示。
对此Byte数取反，再加1，得到
10110101（补）=11001011（原）= -75 （10进制）
-75即为我们发送的字符串“B5”的Byte值。
由于16进制中2个字符最大可以表示为FF，换算成二进制为11111111，8个1，所以int数据中前24个必然为0。
计算机在发送数据时，会将32bit的int型数据前面的24个0“砍掉”，转换为Byte数据，而Byte的第一位为符号位，当第一位为1时，计算机会认为此Byte数为负数，第一位为1的数对应10进制数则为大于128的数。
用127 128 129（16进制分别为7F 80 81）验证一下：
请输入通讯报文：
7F 80 81
Byte数组各项为：
127 -128 -127
Server返回的结果为：
7F FFFFFF80 FFFFFF81
其实，在Socket发送的过程中，无论我们认为这个数是B5也好，还是-75也好，计算机发送过去的都是“10110101”这一串Byte数，接收到的也会是类似的Byte。
真正的问题，出在解析接收回来的Byte数据过程中。
Java在使用toHexString方法，将16进制Byte转换成Int数据的时候，如果Byte第一位为1，Java会认为此数为负数，并做位扩展。例如Byte的-1会被换成int的-1
Byte：-1=11111111（补）=0xFF（16进制）
Int：-1=11111111 11111111 11111111 11111111（补）=0xFFFFFFFF（16进制）
至此，我们终于找到了问题的根源。
4.解决方法
当返回的Byte数据第一位符号位为-1时，Java会做位扩展，补上24个1，扩展为一个32位的Int数。
而我们需要的只是Byte数据的最后8位，前面的24个数全取0即可，因此我们在将Byte数转换位Int数的时候，可以将转换后得到的Int数与0xFF做与运算，消掉前面的1。
B5（16进制）=181（10进制）=10110101
转换后的0xFFFFFFB5 = 11111111 11111111 11111111 10110101 = -75
0xFF = 00000000 00000000 00000000 11111111
0xFF & 0xFFFFFFB5 = 00000000 00000000 00000000 10110101 = 181 = B5
修改后的代码，Byte数组转16进制字符串函数Byte2Hex为：
public static String Byte2Hex(byte[] inByte) {
StringBuilder sb=new StringBuilder();
String hexString;
for(int i=0;i<inByte.length;i++) {
//toHexString方法用于将16进制参数转换成无符号整数值的字符串
//与0xFF做与运算，消除byte符号位为负数带来的影响
String hex=Integer.toHexString(0xFF & inByte[i]);
if(hex.length()==1) {
sb.append("0");//当16进制为个位数时，在前面补0
}
sb.append(hex);//将16进制加入字符串
sb.append(" ");//16进制字符串后补空格区分开
}
hexString=sb.toString();
hexString=hexString.toUpperCase();//将16进制字符串中的字母大写
return hexString;
}修改后程序运行结果如下：
请输入通讯报文：
B5 5B 01 09 04
Server返回的结果为：
B5 5B 01 09 04
至此，问题解决。
5.一些拓展。
当我们转换B5为Byte数的时候，计算机会认为这个数是-75，而我们认为这个数是181。无论是-75还是181，Java发送Socket的Byte数据的时候均是二进制的10110101。
也就是说，计算机不管这个数是-75还是181，它只负责发送10110101，一串0和1而已。
对于二进制数10110101，当我们认为第一位是符号位，那它就是-75。当我们认为第一位不是符号位，那它就是181。那么这两个数有什么联系呢？
再找回之前的例子，多看几个数。
请输入通讯报文：
7F 80 81
Byte数组各项为：
127 -128 -127
Server返回的结果为：
7F FFFFFF80 FFFFFF81
这里我们发送的127 128 129三个数中，只看后两个数，可以看到128同时被认为是-128，而129同时被认为是-127。
通过观察，发现
|128| + |-128| = 256
|129| + |-127| = 256
再看之前的B5：
|-75| + |181| = 256
可以看出，两个数的绝对值相加等于256。这里面的规律，正是计算机原码，补码，反码的知识。
要讲清楚里面规律，可以再写一篇文章了，因此不再展开。
简而言之，计算机减去一个数，等于加上该数的同余数。
就和调整时钟一样，从0点调整到3点，可以顺时针转3小时，也可以逆时针转9小时。
|3| + |-9| = 12，正如|128| + |-128| = 256一样。
这里的12和256可以认为是时钟的一圈。
“调整时钟”确实是一个很生动的例子。
最后，引用一些个人觉得很不错的资料，有兴趣的各位可以自行观看。
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