方法定义

Long.toBinaryString() 是 java.lang.Long 类提供的静态方法，用于将 long 类型的值转换为其对应的无符号二进制字符串表示。

方法签名

public static String toBinaryString(long i)
  • 参数：i - 要转换的 long 值
  • 返回值：表示该 long 值的二进制字符串（无符号形式）
  • 异常：无

功能说明

  • 将一个 long 整数转换为以 2 为基数 的二进制字符串。
  • 对于负数，采用 补码（two's complement） 形式表示，并且不包含符号位，即返回的是无符号二进制字符串。
  • 生成的字符串仅包含字符 '0' 和 '1'。
  • 不包含前导 0b 标识（如 Python 中的 0b1010），也不自动补零。

示例代码

1. 基本使用（正数）

long num = 10;
String binary = Long.toBinaryString(num);
System.out.println(binary); // 输出: 1010

// 验证
System.out.println(Long.toBinaryString(0));  // 0
System.out.println(Long.toBinaryString(1));  // 1
System.out.println(Long.toBinaryString(15)); // 1111
System.out.println(Long.toBinaryString(255)); // 11111111

2. 负数处理（关键特性）

long negative = -1;
String bin = Long.toBinaryString(negative);
System.out.println(bin); 
// 输出: 1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
// 共 64 个 '1'，因为 -1 的补码是全 1

🔍 原理：Java 使用 64 位补码表示 long。-1 的二进制补码是 64 个 1。

3. 零值

System.out.println(Long.toBinaryString(0L)); // 输出: 0

使用技巧

✅ 技巧1：补前导零（格式化为固定长度）

Java 默认不补零，若需 64 位完整表示：

long value = 10;
String binary = Long.toBinaryString(value);
// 补足 64 位
String padded = String.format("%64s", binary).replace(' ', '0');
System.out.println(padded);
// 输出: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001010

✅ 技巧2：添加 0b 前缀（更清晰）

long value = 10;
String binary = "0b" + Long.toBinaryString(value);
System.out.println(binary); // 输出: 0b1010

✅ 技巧3：分组显示（每 4 位或 8 位分隔）

public static String formatBinary(String bin) {
    StringBuilder sb = new StringBuilder(bin);
    // 从右往左每 4 位插入空格
    for (int i = sb.length() - 4; i > 0; i -= 4) {
        sb.insert(i, " ");
    }
    return sb.toString();
}

System.out.println(formatBinary(Long.toBinaryString(255))); 
// 输出: 1111 1111

常见错误

❌ 错误1：误以为负数会带负号

// 错误预期
// System.out.println(Long.toBinaryString(-1)); // 期望 "-1" ❌

// 实际输出（无符号补码）
System.out.println(Long.toBinaryString(-1)); 
// 输出: 1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111

✅ 正确理解：返回的是无符号二进制表示，负数以补码形式输出。

❌ 错误2：混淆 toBinaryString() 与 toString(i, 2)

// 功能相同，但 toBinaryString 更高效、语义更清晰
Long.toString(-1, 2);        // 同样输出 64 个 1
Long.toBinaryString(-1);     // 推荐写法

❌ 错误3：误用实例方法

Long value = 100L;
// value.toBinaryString(); // 编译错误！这是静态方法
String bin = Long.toBinaryString(value); // 正确

注意事项

  1. 无符号输出：即使输入是负数，返回的字符串也不带 - 符号。
  2. 补码表示：负数以 64 位补码形式输出，结果是 64 位长的二进制串。
  3. 无前导零：小数值不会自动补零到 64 位。
  4. 线程安全：静态方法，无状态，线程安全。
  5. 性能优秀：JVM 内部优化，比 toString(i, 2) 更快。

最佳实践与性能优化

场景 推荐做法
一般二进制转换 Long.toBinaryString(value)
需要固定长度 配合 String.format 补零
需要可读性 添加空格分隔或 0b 前缀
性能敏感场景 避免频繁调用，缓存结果
与其它进制对比 优先使用专用方法：toOctalString(), toHexString()

🔧 性能建议

  • 该方法性能良好，内部使用位运算优化。
  • 在循环中频繁调用时，考虑是否可缓存结果。
  • 若需拼接字符串，使用 StringBuilder：
StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.append("Binary: ").append(Long.toBinaryString(value));

与其他方法对比

方法 说明 适用场景
Long.toBinaryString(i) 专用二进制转换，高效 推荐用于二进制输出
Long.toString(i, 2) 通用进制转换（radix=2） 通用场景，但稍慢
Integer.toBinaryString() 仅用于 int 类型 32 位整数处理

总结

项目 说明
核心功能 将 long 值转换为无符号二进制字符串（补码表示）
关键特性 负数以 64 位补码输出，不带负号
优点 语义清晰、性能高、专为二进制设计
缺点 不自动补零、不带前缀、不支持格式化
替代方案 toString(i, 2)（通用）、String.format("%x")（十六进制）
性能 ⭐⭐⭐⭐⭐ 高效，推荐优先使用

💡 一句话掌握：
Long.toBinaryString(long i) 是将 long 转为二进制字符串的首选方法，
特别注意：负数返回的是补码形式的无符号字符串，
如需格式化（补零、分隔），需额外处理。