&、|、^ 是按位运算符还是逻辑运算符？

Posted 2023-02-21

【中文标题】&、|、^ 是按位运算符还是逻辑运算符？

【英文标题】：Are the &, |, ^ bitwise operators or logical operators?

【发布时间】：2012-07-20 19:54:56

【问题描述】：

首先我了解到&、|、^ 是按位运算符，现在有人用&&、|| 将它们称为逻辑运算符，我完全糊涂了——同一个运算符有两个名字？已经有逻辑运算符&&、||，那为什么还要使用&、|、^？

【问题讨论】：

另见：***.com/questions/11411907

【参考方案1】：

Java 类型字节是有符号的，这可能是位运算符的问题。当负字节扩展到 int 或 long 时，符号位被复制到所有高位以保留解释值。例如：

byte b1=(byte)0xFB; // that is -5
byte b2=2;
int i = b1 | b2<<8;
System.out.println((int)b1); // This prints -5
System.out.println(i);       // This prints -5

原因：(int)b1 内部是 0xFFFB 而 b2

解决方案：

int i = (b1 & 0xFF) | (b2<<8 & 0xFF00);
System.out.println(i); // This prints 763 which is 0x2FB

【参考方案2】：

有语言参考是一回事，正确解释是另一回事。

我们需要正确解释事物。

即使 Java 记录了 & 既是按位的又是逻辑的，我们可以提出一个论点，即 & 从远古时代就确实没有失去其逻辑运算符的魔力，因为 C。也就是说，@987654324 @ 首先是一个本质上的逻辑运算符（尽管当时是非短路的）

& 在词法+逻辑上解析为逻辑运算。

为了证明这一点，这两行的行为都是一样的，从 C 开始到现在（Java、C#、php 等）

if (a == 1 && b)

if (a == 1 & b)

也就是说，编译器会将这些解释为：

if ( (a == 1) && (b) )

if ( (a == 1) & (b) )

即使变量a 和b 都是整数。这……

if (a == 1 & b)

... 仍将被解释为：

if ( (a == 1) & (b) )

因此，这将对不利于整数/布尔对偶性的语言产生编译错误，例如Java 和 C#：

if (a == 1 & b)

事实上，在上面的编译错误上，我们甚至可以说&没有失去它的逻辑（非短路）操作mojo，我们可以得出结论，Java延续了C制作的传统& 仍然是一个逻辑操作。因此，我们可以说它是相反的，即& 可以重新用作按位运算（通过应用括号）：

if ( a == (1 & b) )

所以我们在另一个平行宇宙中，有人可能会问，如何使& 表达式成为位掩码操作。

如何进行以下编译，我在 JLS 中读到 & 是按位的 手术。 a 和 b 都是整数，但我不明白为什么 以下按位运算是 Java 中的编译错误：

如果 (a == 1 & b)

或者这样的问题：

为什么以下没有编译，我在 JLS 中读到 & 是按位的 两个操作数都是整数时的运算。 a 和 b 都是 整数，但它让我无法理解为什么以下按位运算是 Java中的编译错误：

如果 (a == 1 & b)

事实上，如果已经存在类似于上述问题的现有 *** 问题，询问如何在 Java 中执行该掩码习语，我不会感到惊讶。

为了使语言的逻辑操作解释变成按位，我们必须这样做（在所有语言上，C、Java、C#、PHP 等）：

if ( a == (1 & b) )

所以要回答这个问题，这不是因为 JLS 以这种方式定义事物，而是因为 Java（以及受 C 启发的其他语言）的 & 运算符用于所有意图和目的仍然是一个逻辑运算符，它保留了 C 的语法和语义。 就是这样，从 C 开始，从远古时代开始，甚至在我出生之前。

事情不是偶然发生的，JLS 15.22 不是偶然发生的，它有着悠久的历史。

在另一个平行宇宙中，&& 没有被引入到语言中，我们仍将使用& 进行逻辑运算，今天人们甚至可能会问一个问题：

是不是，我们可以使用逻辑运算符&进行位运算？

& 不关心它的操作数是否为整数，是否为布尔值。它仍然是一个逻辑运算符，一个没有短路的运算符。事实上，在 Java 中（甚至在 C 中）强制它成为 位运算符 的唯一方法是在它周围加上括号。即

if ( a == (1 & b) )

想一想，如果 && 没有被引入 C 语言（以及任何复制其语法和语义的语言），现在任何人都可能会问：

如何使用&进行位运算？

总结一下，首先Java&本质上是一个逻辑运算符（一个非短路的），它不关心它的操作数，它会照常工作（应用逻辑运算） ) 即使两个操作数都是整数（例如掩码习语）。您只能通过应用括号来强制它成为按位运算。 Java 延续了 C 的传统

如果 Java 的 & 的操作数（整数 1 和整数变量 b 在下面的示例代码中）都是整数，则它确实是按位运算，则应该编译：

 int b = 7;
 int a = 1;

 if (a == 1 & b) ...

【讨论】：

不了解历史的人注定只能引用language reference

我对此的回应与其他答案相同。我知道 Java 在 C / C++ 中有前身。但真正的原因是Java & 和|运营商之所以如此，是因为他们工作。事实上，由于它们没有借用 C/C++ 语义，它们实际上比 C/C++ 工作得更好……从某种意义上说，它们更简单、更易于理解且不那么脆弱。这也意味着根据 Java 运算符的历史来描述它们实际上并不能 1) 回答问题，或 2) 帮助理解。 （而且使用混淆的术语也无济于事。）

下面是一个反例，您断言 Java & 和 | 是“天生”合乎逻辑的。 a = b & 42; 没有输入 a 或 b 使得 & 是一个逻辑运算符。很抱歉，您的论点根本站不住脚，将整个段落加粗并不会改变这一点。

@StephenC 我只是在逻辑操作的上下文中说它，例如关于 if 语句。在条件表达式内部时，操作数类型没有任何固有的东西会使& 成为整数（例如屏蔽习语）或逻辑运算。 & 总是在条件表达式中解析为逻辑运算。只有给操作数加上括号才能使其成为整数运算。不要让我断章取意，好吗？

1) 这个问题与if 中的运算符无关。它是关于 Java 中所有上下文中的运算符。 1a) 并且 JLS 没有在其术语中的上下文之间进行任意区分 2) 混淆的术语注释是指您与 JLS 所说的相矛盾的事实。这使得您的术语在 Java 上下文中是错误的和令人困惑的。 JLS 所说的是确定性。

【参考方案3】：

它们（& 和 |）很久以前被用于两个目的，逻辑运算符和位运算符。如果您要查看新生的 C（Java 语言的模式），& 和 | 被用作逻辑运算符。

但是由于在同一个语句中区分位运算和逻辑运算是非常混乱的，这促使丹尼斯·里奇为逻辑运算符创建了一个单独的运算符（&& 和||）。

在此处查看新生儿 C 部分：http://cm.bell-labs.com/who/dmr/chist.html

您仍然可以将位运算符用作逻辑运算符，其保留的运算符优先级就是证明。读出位运算符前世作为新生儿C上的逻辑运算符的历史

关于证据，我发表了一篇关于比较逻辑运算符和位运算符的博客文章。不言而喻，所谓的位运算符仍然是逻辑运算符，如果您尝试在实际程序中对比它们：http://www.anicehumble.com/2012/05/operator-precedence-101.html

我还在What is the point of the logical operators in C?上回答了与您的问题相关的问题

确实，位运算符也是逻辑运算符，尽管是短路逻辑运算符的非短路版本。

---

关于

已经有逻辑运算符&&、||，那为什么还要使用&、|、^？

XOR 很容易回答，就像一个单选按钮，只允许一个，下面的代码返回 false。为下面的人为代码示例道歉，认为同时喝啤酒和牛奶是不好的debunked already ;-)

String areYouDiabetic = "Yes";
String areYouEatingCarbohydrate = "Yes";


boolean isAllowed = areYouDiabetic == "Yes" ^ areYouEatingCarbohydrate == "Yes";

System.out.println("Allowed: " + isAllowed);

没有等效于 XOR 位运算符的短路，因为需要计算表达式的两边。

关于为什么需要使用& 和| 位运算符作为逻辑运算符，坦率地说，您很难找到需要使用位运算符（也称为非短路逻辑运算符）作为逻辑运算符运营商。如果您想实现一些副作用并使您的代码紧凑（主观），那么逻辑操作可以是非短路的（通过使用按位运算符，也称为非短路逻辑运算符），例如：

while ( !password.isValid() & (attempts++ < MAX_ATTEMPTS) ) 

    // re-prompt

上面的代码可以改写成下面的样子（去掉括号），还是和前面代码的解释完全一样。

while ( !password.isValid() & attempts++ < MAX_ATTEMPTS ) 

    // re-prompt

删除括号，但它仍然产生与括号相同的解释，可以使&的逻辑运算符痕迹更加明显。冒着听起来多余的风险，但我必须强调，没有括号的表达式不会被解释为：

while ( ( !password.isValid() & attempts++ ) < MAX_ATTEMPTS ) 

    // re-prompt

综上所述，使用&运算符（更通俗地称为仅按位运算符，但实际上是按位和逻辑（非短路））进行非短路逻辑运算以达到副作用是聪明（主观），但不被鼓励，这只是为了换取可读性的一种节省效应。

示例来源：Reason for the exsistance of non-short-circuit logical operators

【讨论】：

-1：这更多是关于 C 及其历史，而不是 Java 细节。 Java中的措辞是有点不同，并没有这么多的C历史。

这个答案大多是不正确的，而且大多是题外话。 && 和 ||运算符是 John McCarthy 发明的，在 C 语言中它们不仅仅是为了减少混淆：它们与 & 和 | 做不同的事情。

@A.H.和 EJP 相同的原则适用，Java 继承了 C 的运算符及其优先级，Java 没有偏离它。同样的原则也适用。我只是提供一个背景说明为什么Java按位运算符也是逻辑运算符，它可以追溯到C

@EJP 感谢您知道（麦卡锡运营商），我并没有声称&& 是发明的（开始时甚至被称为发明，这都是非常微不足道的，你必须以一种或另一种方式为短路运算符提出一个语言标记）作者 Dennis Ritchie，他将其引入语言中以减少混淆，重新发明是不明智的（考虑另一种短路标记 -电路操作员）***，不是吗？

@MichaelBuen：Java 与 C 不同，它有一个独特的布尔类型。因此 pure logical 和 pure bitwise 之间的区别是 Java 中的情绪。

【参考方案4】：

Java 运算符&、| 和^ 是按位运算符或逻辑运算符...取决于操作数的类型。如果操作数是整数，则运算符是按位的。如果它们是布尔值，则运算符是逻辑的。

这不仅仅是我这么说的。 JLS 也以这种方式描述这些运算符；见JLS 15.22。

（这就像+ 表示加法或字符串连接......取决于操作数的类型。或者就像“玫瑰”，表示花或淋浴附件。或“猫”表示任一毛茸茸的动物或 UNIX 命令。单词在不同的上下文中表示不同的东西。编程语言中使用的符号也是如此。）

---

已经有逻辑运算符&&、||，为什么还要使用&、|、^？

在前两个的情况下，这是因为运算符在何时/是否对操作数进行评估方面具有不同的语义。在不同的情况下需要两种不同的语义；例如

    boolean res = str != null && str.isEmpty();

对

    boolean res = foo() & bar();  // ... if I >>need<< to call both methods.

^ 运算符没有等效的短路，因为它根本没有意义。

【讨论】：

@Crackers 在这里查看一个示例，按位运算符作为逻辑运算符，尽管没有短路：anicehumble.com/2012/05/operator-precedence-101.html 不要忘记阅读新生儿 C 的基本原理有cm.bell-labs.com/who/dmr/chist.html

@Crackers 他已经回答过了。布尔 => 逻辑，整数 => 按位。