《Java架構筑基》從Java基礎講起——Java運算符

1. 有哪些運算符

Java提供了豐富的運算符，可以將之分為四種：算術運算符、位運算符、關系運算符、邏輯運算符

2. 算術運算符

算術運算符的操作對象必須是數值類型，不能為boolean類型使用算術運算符，但是可以為char類型使用算術運算符。因為在Java中，char類型在本質上是int的子集。 |運算符|含義| |:--:|:--:| |+|加法（也是一元加號）| |-|減法（也是一元減號）| ||乘法| |/|除法| |%|求模| |++|自增| |- -|自減| |+=|加并賦值| |-=|減并賦值| |=|乘并賦值| |/=|除并賦值| |%=|求模并賦值|

3. 位運算符

Java定義了幾個位運算符，可用于整數類型——long，int，short，char和byte。 |運算符|含義| |:--:|:--:| |~|按位一元取反| |&|按位與| |||按位或| |^|按位異或| |>>|右移| |>>>|右移零填充| |<<|左移| |&=|按位與并賦值| | |= |按位或并賦值| |^=|按位異或并賦值| |>>=|右移并賦值| |>>>=|右移零填充并賦值| |<<=|左移并賦值|

在Java中，所有整數類型都由寬度可變的二進制數字表示，除char類型外都是有符號整數，這意味著它們即可表示正數，也可以表示負數。

Java中使用“2的補碼”進行編碼，即負數的表示方法為：首先反轉數值中的所有位（1變為0，0變為1），然后再將結果加1。例如，-42的表示方法為：通過反轉42中的所有位（00101010），得到11010101，然后再加1，得到11010110，即-42。 為了解碼負數，首先反轉所有位，然后加1。例如，反轉-42（11010110），得到00101001，即41，再加一則得到42。

3.1 位邏輯運算符

位邏輯運算符包括&、|、^和~。

• 運算規則如下表所示 |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

左移運算符“<<”可以將數值中的所有位向左移動指定的次數，格式為：

value << num

• num指定了將value中的值向左移動的次數，對于高階位，每次左移都被移出并丟失，右邊的位用0補充。這意味著左移int類型操作數時，如果某些位一旦超出31位，那么這些位將丟失。如果操作數是long類型，那么超出位63的位會丟失。
• 當左移byte和short型數據時，Java的自動類型提升會導致意外的結果。當對表達式進行求值時，byte和short型數值會被提升為int類型，且表達式的結果也是int型。
• 這意味著對byte和short型數值進行左移操作的結果為int型，若移動的位數不超出位31，則移動的位不會丟失。此外，當將負的byte和short型數值提升為int型時，會進行符號擴展，因此高階位將使用1填充。
• 例如，如果左移byte型數值，會先將該數值提升為int型，然后左移。這意味著如果想要的結果是移位后的byte型數值，就必須丟棄結果的前三個字節，可以通過將結果強制轉換為byte類型來完成位數截取。

舉個例子：

public static void main(String[] args) {
    public static void main(String[] args) {
        //0011 1100
        byte a = 60;
        // a首先被提升為int類型，即（0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 1100）
        // 左移兩位，結果為（0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 0000），即240
        int i = a << 2;
        // 先左移兩位，結果為（0000 0000 0000 0000 0000 0011 1100 0000）
        // 舍棄前三個字節，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);
    }
}

輸出結果是：

i等于:240
b等于:-64

因為每次左移都相當于將原始值乘2，所以可以將之作為乘法的搞笑替代方法。但是如果將二進制1移進高階位，結果將會變成負數。

3.3 右移

右移的規則與左移類似，實例代碼如下：

public static void main(String[] args) {
    //0011 1100
    byte a = 60;  
    // a首先被提升為int類型，即（0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 1100）
    // 右移兩位，結果為（0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111），即15
    int i = a >> 2;
    // 先右移兩位，結果為（0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011）
    // 舍棄前三個字節，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);
}

執行結果

i等于:15
b等于:3

每次右移一位，相當于將該值除以2，并舍棄所有余數。可以利用這一特性實現高效的除法操作。

• 當進行右移操作時，右移后的頂部（最左邊）位使用右移前頂部為使用的值填充，這稱為符號擴展。當對負數進行右移操作時，該特性可以保留負數的符號。

  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);
  }

  執行結果

  a等于：-8
  b等于：-4

3.4 無符號右移

每次移位時，“>>”運算符自動使用原來的內容填充高階位，這個特性可以保持數值的正負性。但是，有時候對那些非數值的內容進行移位操作，并不關心高階位初始值是多少，只希望用0來填充高階位，這就是無符號右移。

• 為了完成無符號右移，需要使用Java的無符號右移運算符“>>>”，該運算符總是將0移進高階位。

  public static void main(String[] args) {
  //二進制表示（11111111 11111111 11111111 11111111）
  int a=-1;
  System.out.println(a);
  //右移二十四位（00000000 00000000 00000000 11111111）
  a=a>>>24;
  //輸出結果是 255
  System.out.println(a); 
  }

4. 關系運算符

關系運算符用于判定一個操作數與另一個操作數之間的關系。 |運算符|結果| |:--:|:--:| |==|等于| |!=|不等于| |>|大于| |<|小于| |>=|大于等于| |<=|小于等于|

5. 邏輯運算符

關系運算符用于判定一個操作數與另一個操作數之間的關系。 |運算符|結果| |:--:|:--:| |&|邏輯與| |||邏輯或| |^|邏輯異或| ||||短路或| |&&|短路與| |!|邏輯一元非| |&=|邏輯與并賦值| ||=|邏輯或并賦值| |^=|邏輯異或并賦值| |==|等于| |!=|不等于| |?:|三元運算符|