《Java架构筑基》从Java基础讲起——Java运算符

Posted 2021-03-23

1. 有哪些运算符

Java提供了丰富的运算符，可以将之分为四种：算术运算符、位运算符、关系运算符、逻辑运算符

2. 算术运算符

算术运算符的操作对象必须是数值类型，不能为boolean类型使用算术运算符，但是可以为char类型使用算术运算符。因为在Java中，char类型在本质上是int的子集。 |运算符|含义| |:--:|:--:| |+|加法（也是一元加号）| |-|减法（也是一元减号）| ||乘法| |/|除法| |%|求模| |++|自增| |- -|自减| |+=|加并赋值| |-=|减并赋值| |=|乘并赋值| |/=|除并赋值| |%=|求模并赋值|

3. 位运算符

Java定义了几个位运算符，可用于整数类型——long，int，short，char和byte。 |运算符|含义| |:--:|:--:| |~|按位一元取反| |&|按位与| |||按位或| |^|按位异或| |>>|右移| |>>>|右移零填充| |<<|左移| |&=|按位与并赋值| | |= |按位或并赋值| |^=|按位异或并赋值| |>>=|右移并赋值| |>>>=|右移零填充并赋值| |<<=|左移并赋值|

在Java中，所有整数类型都由宽度可变的二进制数字表示，除char类型外都是有符号整数，这意味着它们即可表示正数，也可以表示负数。

Java中使用“2的补码”进行编码，即负数的表示方法为：首先反转数值中的所有位（1变为0，0变为1），然后再将结果加1。例如，-42的表示方法为：通过反转42中的所有位（00101010），得到11010101，然后再加1，得到11010110，即-42。 为了解码负数，首先反转所有位，然后加1。例如，反转-42（11010110），得到00101001，即41，再加一则得到42。

3.1 位逻辑运算符

位逻辑运算符包括&、|、^和~。

• 运算规则如下表所示 |A|B|A|B|A&B|A^B|~A |:--:|:--:|:--:|:--:|:--:|:--:| |0|0|0|0|0|1| |1|0|1|0|1|0| |0|1|1|0|1|1| |1|1|1|1|0|0|

3.2 左移

左移运算符“<<”可以将数值中的所有位向左移动指定的次数，格式为：

value << num

• num指定了将value中的值向左移动的次数，对于高阶位，每次左移都被移出并丢失，右边的位用0补充。这意味着左移int类型操作数时，如果某些位一旦超出31位，那么这些位将丢失。如果操作数是long类型，那么超出位63的位会丢失。
• 当左移byte和short型数据时，Java的自动类型提升会导致意外的结果。当对表达式进行求值时，byte和short型数值会被提升为int类型，且表达式的结果也是int型。
• 这意味着对byte和short型数值进行左移操作的结果为int型，若移动的位数不超出位31，则移动的位不会丢失。此外，当将负的byte和short型数值提升为int型时，会进行符号扩展，因此高阶位将使用1填充。
• 例如，如果左移byte型数值，会先将该数值提升为int型，然后左移。这意味着如果想要的结果是移位后的byte型数值，就必须丢弃结果的前三个字节，可以通过将结果强制转换为byte类型来完成位数截取。

举个例子：

public static void main(String[] args) {
    public static void main(String[] args) {
        //0011 1100
        byte a = 60;
        // a首先被提升为int类型，即（0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 1100）
        // 左移两位，结果为（0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 0000），即240
        int i = a << 2;
        // 先左移两位，结果为（0000 0000 0000 0000 0000 0011 1100 0000）
        // 舍弃前三个字节，得到（1100 0000），即-64
        byte b = (byte) (i << 2);
        System.out.println("i等于:" + i);
        System.out.println("b等于:" + b);
    }
}

输出结果是：

i等于:240
b等于:-64

因为每次左移都相当于将原始值乘2，所以可以将之作为乘法的搞笑替代方法。但是如果将二进制1移进高阶位，结果将会变成负数。

3.3 右移

右移的规则与左移类似，实例代码如下：

public static void main(String[] args) {
    //0011 1100
    byte a = 60;  
    // a首先被提升为int类型，即（0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 1100）
    // 右移两位，结果为（0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111），即15
    int i = a >> 2;
    // 先右移两位，结果为（0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011）
    // 舍弃前三个字节，得到（0000 0011），即3
    byte b = (byte) (i >> 2);
    System.out.println("i等于:" + i);
    System.out.println("b等于:" + b);
}

执行结果

i等于:15
b等于:3

每次右移一位，相当于将该值除以2，并舍弃所有余数。可以利用这一特性实现高效的除法操作。

• 当进行右移操作时，右移后的顶部（最左边）位使用右移前顶部为使用的值填充，这称为符号扩展。当对负数进行右移操作时，该特性可以保留负数的符号。

  public static void main(String[] args) {
  byte a=(byte) 0b11111000;
  System.out.println("a等于："+a);
  int b=a>>1;
  System.out.println("b等于："+b);
  }

  执行结果

  a等于：-8
  b等于：-4

3.4 无符号右移

每次移位时，“>>”运算符自动使用原来的内容填充高阶位，这个特性可以保持数值的正负性。但是，有时候对那些非数值的内容进行移位操作，并不关心高阶位初始值是多少，只希望用0来填充高阶位，这就是无符号右移。

• 为了完成无符号右移，需要使用Java的无符号右移运算符“>>>”，该运算符总是将0移进高阶位。

  public static void main(String[] args) {
  //二进制表示（11111111 11111111 11111111 11111111）
  int a=-1;
  System.out.println(a);
  //右移二十四位（00000000 00000000 00000000 11111111）
  a=a>>>24;
  //输出结果是 255
  System.out.println(a); 
  }

4. 关系运算符

关系运算符用于判定一个操作数与另一个操作数之间的关系。 |运算符|结果| |:--:|:--:| |==|等于| |!=|不等于| |>|大于| |<|小于| |>=|大于等于| |<=|小于等于|

5. 逻辑运算符

关系运算符用于判定一个操作数与另一个操作数之间的关系。 |运算符|结果| |:--:|:--:| |&|逻辑与| |||逻辑或| |^|逻辑异或| ||||短路或| |&&|短路与| |!|逻辑一元非| |&=|逻辑与并赋值| ||=|逻辑或并赋值| |^=|逻辑异或并赋值| |==|等于| |!=|不等于| |?:|三元运算符|