Java运算符

概述

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程序的世界里数据是无处不在的，计算机的最基本用途之一就是执行数学运算，程序员编程实际上也是围绕着数据的计算处理展开的。Java作为一门程序设计语言，也提供了丰富的运算符来操纵变量，本节我们来学习一下Java当中的运算符。

很容易想到的运算符比如"加+ 减- 乘* 除/"四种运算符，不难发现：运算符起着连接变量的作用，表示对变量的运算规则。

其中：

被运算符连接起来的变量称之为操作数，整个运算符和变量组成的式子称之为表达式，表达式通过运算符连接操作数。

根据运算符能够连接的操作数的个数的多少，可以将运算符分为下列几类：

1. 一元运算符：只需要一个操作数参与运算，得到一个结果
2. 二元运算符：需要两个操作数参与运算，得到一个结果
3. 多元运算符：超过两个操作数参与运算，得到一个结果

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补充：

表达式（expression） vs 语句（statement）

• 表达式一般都有确定的结果（值），不能构成一条能单独执行的代码（往往不能以分号结尾）
• 语句都是可以单独执行代码，以分号结尾，多数语句没有结果

算术运算符

>(green!)

算术运算符（arithmetic）指最常见的一些数学运算符，它们在Java中的作用和在数学中的作用基本是一样的。

对于int a = 10 和 int b =20，有如下算术运算符和相关的例子：

算术运算符

操作符	描述	例子
+	加法：相加运算符两侧的值，得到和	a+b=30
-	减法：左操作数减去右操作数，得到差	a-b=-10
*	乘法：相乘操作符两侧的值，得到积	a*b=200
/	除法：左操作数除以右操作数，得到商	a/b=0
％	取余（取模）：左操作数除以右操作数，得到余数	a%b=10
++	自增：操作数的值增加1	a++一次是11
–	自减：操作数的值减少1	a–一次是9

>(green!)

算术运算符大多都比较简单，加减乘除这些都不提了，说一些可能引起错误的注意事项：

1. "%"不是数学当中的百分号，而是取余（模）运算符，表示左边除以右边，结果是它们的余数。
2. "/"即数学当中的除法，表示左边除以右边得到商。
3. 需要注意的是，整型除以整型结果仍然是整型，得不到小数。 这和表达式的类型提升有关。

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除开上面讲的外，最需要注意的就是自增（++）/自减（–），它们是面试题目中的常客。它们具有以下特点：

1. 自加自减都是一元运算符，并且仅用于连接变量，常量无法用自增自减运算符连接。
2. 自增和自减的使用有两种情况：
   1. 变量和运算符直接构成一个表达式，并单独使用。这时自增自减符号的含义就是表示执行一次，变量就加一或者减一，非常简单。并且变量和运算符谁在前，谁在后，对运算结果是没有任何影响的。
   2. 变量和自增自减符号，单独构成一个表达式后又参与了运算或者输出语句时。自增自减符号和操作数的位置就至关重要了：
      • 自增自减符号在变量前面，变量先自增自减，再参与后续运算或者赋值
      • 自增自减符号在变量后面，变量先参与运算或者赋值，再自增自减。
3. 自增自减在日常开发更多还是配合for循环单独使用，尽量不要将自增自减组成的表达式放在其它表达式中，可读性很差。
4. 暂时没了。

>(red!)

小试牛刀

1. 求a、b、c的值。

   算术运算符练习题1

   int a = 10;
   int b = 10;
   int c = 10;
   a = b++;
   c = --a;
   b = ++a;
   a = c--;
   

2. 求x，y值

   算术运算符练习题2

   int x = 4;
   int y = (x++) + (++x) + (x*10);
   

赋值运算符

>(green!)

赋值（assignment）运算符指为变量指定新值完成赋值作用的运算符，赋值运算符需要连接两个操作数，是典型的二元运算符。赋值运算符可以分为两类：

1. 基本的赋值运算符，即" = "等号。
2. 基于等号扩展而来的扩展赋值运算符，比如：" += “，” -= “，” *= "等。

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不管是什么赋值运算符，赋值运算符总是把右边的操作数（或计算后的结果）赋值给左边，运算方向从右向左。既然是赋值，左边必须是一个变量来接收这个值。

对于两个操作数a和b，有如下赋值运算符和使用案例：

赋值运算符

操作符	描述	例子
+=	加和赋值操作符，它把左操作数和右操作数相加赋值给左操作数	a + = b等价于a = a + b
-=	减和赋值操作符，它把左操作数和右操作数相减赋值给左操作数	a - = b等价于a = a - b
*=	乘和赋值操作符，它把左操作数和右操作数相乘赋值给左操作数	a * = b等价于a = a * b
/=	除和赋值操作符，它把左操作数和右操作数相除赋值给左操作数	a / = b等价于a = a / b
％=	取模和赋值操作符，它把左操作数和右操作数取模后赋值给左操作数	a％= b等价于a = a％b
<<=	左移位赋值运算符	a << = 2等价于a = a << 2
>>=	右移位赋值运算符	b >> = 2等价于b = b >> 2
＆=	按位与赋值运算符	a＆= 2等价于a = a＆2
^=	按位异或赋值操作符	a ^ = 2等价于a = a ^ 2
|=	按位或赋值操作符	b | = 2等价于b = b | 2

>(green!)

扩展的赋值运算符有一个非常重要的特点：扩展的赋值运算符隐含强制类型转换，无需再写强制类型转换的语法。例如下列代码就是合法的：

扩展赋值运算符隐含强制类型转换

// 正常情况下short + 1结果是int类型
short s1 = 1;
s1 += 1;

当然即便是强制隐含的强转，仍然属于强转，仍然会存在数据失真的问题。

最后一点：

上面提到过，表达式一般是有结果的。赋值运算符构成的赋值表达式也是表达式，所以它也是有结果的，其结果是赋值表达式右边要赋给左边变量的值。 这就意味着诸如下列代码是合法的：

int b = (b = 10);

注：当然它没什么意义，你也不要这么写代码。

比较运算符

>(green!)

比较（comparison）运算符指的是用来判断两个变量（或常量）大小的运算符。显然既然是比较，自然需要两个操作数，比较运算符是典型的二元运算符。比较的结果，也就是比较运算符组成的表达式（也叫布尔表达式）的结果必然是一个布尔值，也就是true或者false。

对于两个操作数 int a = 10，int b = 20，有以下表格：

比较运算符

运算符	描述	例子
（==）	检查如果两个操作数的值是否相等，如果相等则条件为真。	（a == b）为假。
!=	检查如果两个操作数的值是否相等，如果值不相等则条件为真。	(a != b) 为真。
>	检查左操作数的值是否大于右操作数的值，如果是那么条件为真。	（a > b）为假。
<	检查左操作数的值是否小于右操作数的值，如果是那么条件为真。	（a < b）为真。
>=	检查左操作数的值是否大于或等于右操作数的值，如果是那么条件为真。	（a >= b）为假。
<=	检查左操作数的值是否小于或等于右操作数的值，如果是那么条件为真。	（a <= b）为真。

注：（==）就是运算符==，之所以加括号是为了避免表格的格式出现错误。

>(green!)

使用细节和注意事项：

1. 在比较时，基本数据类型和基本数据类型比，引用数据类型和引用数据类型比。其中

   1. 基本数据类型的数值类型的比较，上述运算符都是可用的。但布尔类型仅适用于"==“或者” != "的比较。

   2. 引用数据类型的变量比较只能使用" == “和” != "，而且不是任意两个引用数据类型变量都能够比较。

      注：这一条随着知识点的学习，会不断加深理解，大家可以自行测试一下。

2. 基本数据类型的数值类型和char是可以相互比较的，boolean只能自己和自己比较。引用数据类型的比较，只能相同类型之间比较，比如String和String比较，String和System就没有可比性。

3. 两个浮点数的比较不建议直接使用比较运算符，还有诸如引用数据类型的比较等知识点，我们等到日后再谈。（面向对象讲）

逻辑运算符

>(green!)

逻辑（logical）运算符指的是专门连接布尔类型变量、常量进行运算的运算符。 当然逻辑运算表达式的结果也一定是boolean类型。

对于 boolean a = true; boolean b = false 有以下案例：

逻辑运算符

操作符	描述	例子
&	称为逻辑与运算符。当且仅当两个操作数都为真，条件才为真。	（a & b）为假
|	称为逻辑或运算符。如果任何两个操作数任何一个为真，条件为真。	(a | b)为真
^	成为逻辑异或运算符。相同时为false，不同时为true	(a ^ b) 为真
&&	称为短路与逻辑运算符。当且仅当两个操作数都为真，条件才为真。	（A && B）为假
||	称为短路或逻辑运算符。如果任何两个操作数任何一个为真，条件为真。	（A | | B）为真
!	称为逻辑非运算符，用来反转操作数的逻辑状态。如果条件为true，则逻辑非运算符将得到false。	!(A && B)为真

>(red!)

逻辑与和逻辑或有短路与非短路两种类型，那么短路与不短路有啥区别呢？

其实非常简单，对于逻辑或来说，一旦左边的操作数的结果确定是true，那么整个表达式的结果一定是true，右边实际上是不需要再进行计算的；同理逻辑与也是意义，一旦左边的操作数确定是false，那么右边无论是什么结果都是false。

短路就是依据这种原理，若左边的操作数已经能够决定表达式的值了，后面就都不算了。短路逻辑运算符的计算结果不变，但是执行效率变高了。所以建议：大家在使用逻辑与或时，一律使用短路版本。 在有些书籍里，甚至已经不把 & 和 | 列入逻辑运算符中，而是直接列为位运算符。

在实际开发中，&& 、|| 、! 最常用。

位运算符（了解）

>(green!)

位（shift）运算符，全称"移位运算符"，是直接对整数的二进制位进行计算的运算符。由于能够直接对位，进行移位运算操作，所以位运算符的最大优点是运算效率高，缺点是对人来说不够直观。位运算符仅做了解，不作为重点。

对于int a = 60 和 int b = 13有以下案例：

位运算符

操作符	描述	例子
＆	如果相对应位都是1，则结果为1，否则为0	（a＆b），得到12，即0000 1100
|	如果相对应位都是0，则结果为0，否则为1	（a | b）得到61，即 0011 1101
^	如果相对应位值相同，则结果为0，否则为1	（a ^ b）得到49，即 0011 0001
〜	按位取反运算符翻转操作数的每一位，即0变成1，1变成0。	（〜a）得到-61，即1100 0011
（<<）	按位左移运算符。左操作数按位左移右操作数指定的位数。在一定范围内，每左移一位，相当于乘以2	a << 2得到240，即 1111 0000
>>	按位右移运算符。左操作数按位右移右操作数指定的位数。在一定范围内，每右移一位，相当于除以2	a >> 2得到15即 1111
>>>	按位右移补零操作符。左操作数的值按右操作数指定的位数右移，移动得到的空位以零填充。	A>>>2得到15即0000 1111

注：（<<）就是运算符<<，之所以加括号同样是为了避免表格的格式出现错误。

>(green!)

简要说一说运算规则：

1. << 和 >> 的实质

   1. << 左移就是把左边移出去的高位截断，在低位补数，无论原先的数是正是负，空位都补0。在一定范围内，M << n 可以这么算 M << n = M * 2^n，即左移几位就表示乘以几个2。但是一旦超出范围，甚至可能把正数左移成负数。
   2. >> 右移就是把右边移出去的低位截断，在高位补数，正数补0，负数补1。在一定范围内，M >> n 可以这么算 M >> n = M / 2^n，即右移几位就表示除以几个2。右移虽然不会改变正负，但是一旦出现小数会丢失小数位。

2. >> 和>>> 的区别

   1. >> 是有符号右移，在高位补数时，正数补0，负数补1。
   2. \>>> 是无符号右移动的时候，无论是正数负数，最高位是0还是1，被移除的低位丢弃，右移后最高位空缺位补0。

3. &、| 、^（与、或、异或）位运算符

   

4. ~取反位运算符

   

5. ^异或位运算符

   

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小tips：

在计算机中普遍使用^表示幂运算，但在Java中它是一个位运算符。那么在Java中该怎么求一个数的次幂呢？

使用以下代码：

Math.pow(double)

>(red!)

一个经典的问题：怎么算 2*16 最高效？

三目运算符

>(green!)

三目（ternary）运算符，也被称之为三元运算符，即指的是需要三个操作数的运算符。

它的语法是：

(条件表达式) ? 表达式1 : 表达式2;

它具有以下特点：

1. 当条件表达式为true时，执行表达式1，否则执行表达式2。
2. 三目运算符的最大特点就是，它一定会执行一个表达式， 所以它一定会有一个结果。
3. 正是由于它必须执行表达式。而语句不能放在表达式的位置，这极大的限制了三目运算符的使用。

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何时比较适合使用三目运算符呢？

if…else从使用效果上来说，是可以完全替代三目运算符的。但是使用三目运算符，代码更加简洁、更加优雅并且逻辑更加直观，实测三目运算符的运算效率要比if稍微高一点。所以，如果能够使用三目运算符尽量使用它，而不是if。

但是也要注意，不要使用过于复杂的三目运算符，否则会导致程序可读性变差。比如下列代码：

三目运算符不应该过多叠加

// 求三个数的最大值
int max = (a > b) ? (a > c) ? a : c : (b > c) ? b : c;
boolean b = true ? false : true == true ? false : true;

我相信你不会愿意看到这种代码吧。

运算符的优先级

>(green!)

运算符有不同的优先级，所谓优先级就是在表达式运算中的运算顺序。运算符的优先级决定了谁先进行运算，是既重要也不重要的知识点：

1. 重要在于，运算符的优先级对表达式结果有显著影响。如果不知道运算优先级，一个表达式你肯定看不懂。
2. 不重要的地方在于可以使用小括号"()"主动控制优先级。

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简单了解一下，Java运算优先级的大体规则：

1. 所有的数学运算都认为是是从左向右的，Java语言中大部分运算符也是从左向右结合的。
2. 但是单目运算符，赋值运算符，三目运算符不符合1中的规律
   1. 其中单目运算符，赋值运算符是从右向左结合，也就是从右向左运算的。
   2. 三目运算符实际上是一种选择结构，是一种特殊的运算。

>(red!)

下表中列出了运算符的优先级顺序，编号越小的运算符优先级越大。

Java运算符优先级

编号	类别	操作符	计算顺序
0	后缀	() [] . (点操作符)	左到右
1	一元	+ + - ！〜	从右到左
2	乘性	* /％	左到右
3	加性	+ -	左到右
4	移位	>> >>> <<	左到右
5	关系	>> = << =	左到右
6	相等	== !=	左到右
7	按位与	＆	左到右
8	按位异或	^	左到右
9	按位或	|	左到右
10	逻辑与	&&	左到右
12	逻辑或	| |	左到右
13	条件	？：	从右到左
14	赋值	= + = - = * = / =％= >> = << =＆= ^ = | =	从右到左
15	逗号	，	左到右

虽然我们无需具体记忆这些优先级，但是仍然需要记住—— 赋值运算符的优先级往往最低。