Java —— 运算符

目录

1. 什么是运算符

2. 算术运算符

2.1 基本四则运算符: 加减乘除模(+ - * / %)

2.2 增量运算符 += -= *= %=与 自增/自减运算符++ --

3. 关系运算符

4. 逻辑运算符

4.1 逻辑与 &&

4.2 逻辑或||

4.3 逻辑非 !

4.4 短路求值

5. 位运算符

5.1 按位与 &

5.2 按位或

5.3 按位取反 ~

5.4 按位异或 ^

6. 移位运算

6.1 左移 <<

6.2 右移 >>

6.3 无符号右移 >>>

7. 条件运算符

8. 运算符的优先级

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1. 什么是运算符

计算机的最基本的用途之一就是执行数学运算，比如:

int a = 10;
int b = 20;
 
a + b;
a < b;

上述+和<等就是运算符，即: 对操作数进行操作时的符号，不同运算符操作的含义不同。

作为一门计算机语言，Java也提供了一套丰富的运算符来操纵变量。Java中运算符可分为以下: 算术运算符(+-*/)、关系运算符(< > ==)、逻辑运算符、位运算符、移位运算符以及条件运算符等。

2. 算术运算符

2.1 基本四则运算符: 加减乘除模(+ - * / %)

加减乘由于较为简单, 和数学中的运算一样, 这里就略过不介绍.

System.out.println(5 / 2);//2
System.out.println(5.0 / 2);//2.5
System.out.println(5 / 2.0);//2.5
System.out.println((float) 5 / 2);//2.5
System.out.println(5 / (float) 2);//2.5
System.out.println((float) (5 / 2));//2.0
 
System.out.println(10 % 3);//1
System.out.println(-10 % 3);//-1
System.out.println(10 % -3);//1
System.out.println(-10 % -3);//-1
 
//% 不仅可以对整型取模，也可以对double类型取模，但是没有意义，一般都是对整形取模的
System.out.println(-12.5 % 10.5);//-2.0
System.out.println(11 % 10.5);//0.5
 
//做除法和取模时，右操作数不能为0
//System.out.println(10/0);
 
//int / int 结果还是int类型，而且会向下取整
int a = 3;
int b = 2;
// 在数学中应该是1.5 但是在Java中输出结果为1 会向下取整，即小数点之后全部舍弃掉了
System.out.println(a / b);
// 如果要得到数学中的结果，可以用double类型来接收
double d = a * 1.0 / b;
System.out.println(d);
 
//两侧操作数类型不一致时，向类型大的提升
System.out.println(1+0.2); 
// +的左侧是int，右侧是double，在加之前int被提升为double
// 故：输出1.2

2.2 增量运算符 += -= *= %=与 自增/自减运算符++ --

与C语言相同, 这里略过.
注意:
只有变量才能使用增量运算符，常量不能使用.
只有变量才能使用自增/自减运算符，常量不能使用，因为常量不允许被修改.

3. 关系运算符

关系运算符主要有六个: == != < > <= >= ，其计算结果是 true 或者 false 。

int a = 10;
int b = 20;
// 注意：在Java中 = 表示赋值，要与数学中的含义区分
// 在Java中 == 表示相等
System.out.println(a == b); // false
System.out.println(a != b); // true
System.out.println(a < b); // true
System.out.println(a > b); // false
System.out.println(a <= b); // true
System.out.println(a >= b); // false

注意：当需要多次判断时，不能连着写，比如：3 < a < 5，Java程序与数学中是有区别的

4. 逻辑运算符

逻辑运算符主要有三个: && ! || ，运算结果都是 boolean类型。

4.1 逻辑与 &&

语法规则：表达式1 && 表达式2，左右表达式必须是boolean类型的结果。

相当于现实生活中的且，比如：如果是学生，并且 带有学生证 才可以享受半票。

两个表达式都为真，结果才是真，只要有一个是假，结果就是假。

int a = 1;
int b = 2;
System.out.println(a == 1 && b == 2); // 左为真 且 右为真 则结果为真
System.out.println(a == 1 && b > 100); // 左为真 但 右为假 则结果为假
System.out.println(a > 100 && b == 2); // 左为假 但 右为真 则结果为假
System.out.println(a > 100 && b > 100); // 左为假 且 右为假 则结果为假

4.2 逻辑或||

语法规则：表达式1 || 表达式2，左右表达式必须是boolean类型的结果。

相当于现实生活中的或，比如：买房子交钱时，全款 或者 按揭都可以，如果全款或者按揭，房子都是你的，否则站一边去。

int a = 1;
int b = 2;
System.out.println(a == 1 || b == 2); // 左为真 且 右为真 则结果为真
System.out.println(a == 1 || b > 100); // 左为真 但 右为假 则结果也为真
System.out.println(a > 100 || b == 2); // 左为假 但 右为真 则结果也为真
System.out.println(a > 100 || b > 100); // 左为假 且 右为假 则结果为假

注意：左右表达式至少有一个为真，则结果为真

4.3 逻辑非 !

语法规则：! 表达式

真变假，假变真。

int a = 1;
System.out.println(!(a == 1)); // a == 1 为true，取个非就是false
System.out.println(!(a != 1)); // a != 1 为false，取个非就是true

4.4 短路求值

&& 和 遵守短路求值的规则.

System.out.println(10 > 20 && 10 / 0 == 0); // 打印 false
System.out.println(10 < 20 || 10 / 0 == 0); // 打印 true

我们都知道, 计算 10 / 0 会导致程序抛出异常. 但是上面的代码却能正常运行, 说明 10 / 0 并没有真正被求值.

注意:

• 对于 && , 如果左侧表达式值为 false, 则表达式结果一定是 false, 无需计算右侧表达式.
• 对于 || , 如果左侧表达式值为 true, 则表达式结果一定是 true, 无需计算右侧表达式.
• & 和 | 如果表达式结果为 boolean 时, 也表示逻辑运算. 但与 && 相比, 它们不支持短路求值.

System.out.println(10 > 20 & 10 / 0 == 0); // 程序抛出异常
System.out.println(10 < 20 | 10 / 0 == 0); // 程序抛出异常

5. 位运算符

Java 中数据存储的最小单位是字节，而数据操作的最小单位是比特位. 字节是最小的存储单位，每个字节是由8个二进制比特位组成的，多个字节组合在一起可以表示各种不同的数据。

位运算符主要有四个: & ~ ^ ，除~ 是一元运算符外，其余都是二元运算符。

位操作表示 按二进制位运算. 计算机中都是使用二进制来表示数据的(01构成的序列), 按位运算就是在按照二进制位的每一位依次进行计算.

5.1 按位与 &

如果两个二进制位都是 1, 则结果为 1, 否则结果为 0.

用途: 寻找二进制位中1的个数

int a = 10;
int b = 20;
System.out.println(a & b);

进行按位运算, 需要先把 10 和 20 转成二进制, 分别为 1010 和 10100

5.2 按位或

如果两个二进制位都是 0, 则结果为 0, 否则结果为 1.

System.out.println(a | b);

注意: 当 & 和 的操作数为整数(int, short, long, byte) 的时候, 表示按位运算, 当操作数为 boolean 的时候, 表示逻辑运算.

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5.3 按位取反 ~

如果该位为 0 则转为 1, 如果该位为 1 则转为 0

int a = 0xf;
System.out.printf("%x\n", ~a)

注意:

• 0x 前缀的数字为 十六进制 数字. 十六进制可以看成是二进制的简化表示方式. 一个十六进制数字对应 4个二进制位.
• 0xf 表示 10 进制的 15, 也就是二进制的 1111
• printf 能够格式化输出内容, %x 表示按照十六进制输出.
• \n 表示换行符

5.4 按位异或 ^

如果两个数字的二进制位相同, 则结果为 0, 相异则结果为 1.

int a = 0x1;
int b = 0x2;
System.out.printf("%x\n", a ^ b);

注意：如果两个数相同，则异或的结果为0

6. 移位运算

移位运算符的使用与C语言基本一致.

移位运算符有左移运算符<<和右移运算符>>, 以及无符号右移运算符>>>.

6.1 左移 <<

最左侧位不要了, 最右侧补 0.

数字4:
二进制位为0000 0100
0000 0100 << 1 = 0000 1000 => 8 => 4*2^1
0000 0100 << 2 = 0001 0000 => 16 => 4*2^2
所以我们发现每左移1, 就相当于是扩大了2倍.

注意：向左移位时，丢弃的是符号位，因此正数左移可能会编程负数。

6.2 右移 >>

最右侧位不要了, 最左侧补符号位(正数补0, 负数补1)

数字16: 0001 0000
0001 0000 >> 1 = 0000 1000 => 8 => 16/2^1
0001 0000 >> 2 = 0000 0100 => 4 => 16/2^2
所以右移相当于是做除法.

6.3 无符号右移 >>>

最右侧位不要了, 最左侧补 0.

int a = 0xffffffff;
System.out.printf("%x\n", a >>> 1);

运行结果(注意, 是按十六进制打印的)
7fffffff

注意:

1. 左移 1 位, 相当于原数字 * 2. 左移 N 位, 相当于原数字 * 2 的N次方.

2. 右移 1 位, 相当于原数字 / 2. 右移 N 位, 相当于原数字 / 2 的N次方.

3. 由于计算机计算移位效率高于计算乘除, 当某个代码正好乘除 2 的N次方的时候可以用移位运算代替.

4. 移动负数位或者移位位数过大都没有意义.

7. 条件运算符

条件运算符只有一个:

表达式1 ? 表达式2 : 表达式3

当 表达式1 的值为 true 时, 整个表达式的值为 表达式2 的值;

当 表达式1 的值为 false 时, 整个表达式的值为 表达式3 的值.

也是 Java 中唯一的一个 三目运算符, 是条件判断语句的简化写法.

// 求两个整数的最大值
int a = 10;
int b = 20;
int max = a > b ? a : b;

注意：

1. 表达式2和表达式3的结果要是同类型的，除非能发生类型隐式类型转换

//int c = a > b? 1 : 2.0;

2. 表达式不能单独存在，其产生的结果必须要被使用。

a > b? a : b; // 报错：Error:(15, 14) java: 不是语句

8. 运算符的优先级

在一条表达式中，各个运算符可以混合起来进行运算，但是运算符的优先级不同，比如：* 和 / 的优先级要高于+和 - ，有些情况下稍不注意，可能就会造成很大的麻烦。

// 求a和b的平均值
int a = 10;
int b = 20;
int c = a + (b - a) >> 1;
System.out.println(c);

上述表达式中，由于 + 的优先级要高于 >> , 因此a先和b-a的结果做加法，整体为20，最后再进行右移，因此结果为10。

注意：运算符之间是有优先级的. 具体的规则我们不必记忆. 在可能存在歧义的代码中加上括号即可.

// 求a和b的平均值
int a = 10;
int b = 20;
int c = a + ((b - a) >> 1);
System.out.println(c);