初识Java 2-1 操作符

目录

优先级

赋值

递减和递增操作符

关系操作符

逻辑操作符

字面量

字面量中的下划线

科学记数法

按位操作符

移位操作符

三元操作符

字符串操作符+和+=

类型转换操作符

截尾和舍入

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本笔记参考自： 《On Java 中文版》

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        Java的操作符大多继承自C++，但Java对其进行了一些改进和简化。操作符是对数据进行操作，能接受一个或多个参数，生成一个新的值。

    有些操作符能修改操作数自身的值，这被称为“副作用”。由“副作用”生成的值也可供使用。

优先级

        当多个操作符存在时，就需要进行优先级的决定。最简单的规则就是先乘除，后加减。但复杂的规则往往难以记住，因此使用括号“()”是一个不错的选择。例如：

public class Precedence {
    public static void main(String[] args) {
        int x = 1, y = 2, z = 3;
        int a = x + y - 2 / 2 + z;
        int b = x + (y - 2) / (x - 2);

        System.out.println("a = " + a);
        System.out.println("b = " + b);
    }
}

        上述程序使用了两条相似的语句，但语句的输出结果因为括号而不同：

        另外，在System.out.println()语句中使用的操作符+，这里的+代表着字符串的连接（如果必要，也会进行字符串的转换）。

赋值

        通过操作符=可以进行将符号右边的值赋给等号左边。其中左值必须是一个独特的命名变量（必须有一个可以储存值的物理空间）。

        对于基本类型而言，赋值很好理解，因为基本类型储存的是实际的值，赋值的过程就是将内容复制到了另一个地方。

int a = 10;
int b = a;

        但在为对象进行赋值的时候，情况就不一样了。因为操作对象，实际上是在操作这个对象的引用。如果“将一个对象赋值给另一个对象”，那么真正发生的是将一个引用复制到了另一个地方。例如：

class Tank {
    int level;
}

public class Assignment {
    public static void main(String[] args) {
        Tank t1 = new Tank();
        Tank t2 = new Tank();
        t1.level = 10;
        t2.level = 20;
        System.out.println("t1.level = " + t1.level + ", t2.level = " + t2.level);

        t1 = t2;        //此处t1的引用关联的是t2的指向的对象，t1原本的对象被覆盖了。
        System.out.println("t1.level = " + t1.level + ", t2.level = " + t2.level);

        t1.level = 30;
        System.out.println("t1.level = " + t1.level + ", t2.level = " + t2.level);
    }
}

        程序执行的结果如下：

        在上述的代码中，t1 = t2将t1原本关联的对象覆盖了，此后t1关联的对象就变为了t2关联的对象。这种现象被称为“别名”，是Java操作对象的一种基本方式。若不想产生这个别名，可以这样做：

t1.level = t2.level;

    但是直接操作对象内部的字段违背了Java的设计原则，这是需要注意的。

别名陷阱

        将一个对象作为参数传递给方法时，也会产生别名。

class Letter {
    char c;
}

public class PassObject {
    static void f(Letter y) {
        y.c = 'z';
    }
}

        在上述代码中，方法f()会在其作用域的范围内生成一个参数Letter y的副本。由于实际上传递的是一个引用，所以若方法f()中的 y.c = 'z'; 实际上会改变f()之外的对象。

递减和递增操作符

        Java中存在两种快捷运算符：递减操作符--（减少一个单位）和递增操作符++（增加一个单位）。这两种操作符都有两种用法，即前缀式和后缀式，用法的区别在于操作符与变量的相对位置：在变量之前是前缀，反之是后缀。

        对于前缀的递增和递减，程序会先执行运算，再返回生成的结果；而对于后缀的二者而言，程序会优先返回变量的值，再执行运算。以递增为例：

public class AutoInc {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 1;
        System.out.println("i = " + i);
        System.out.println("++i = " + ++i);
        System.out.println("i++ = " + i++);
        System.out.println("i = " + i);
    }
}

        程序的执行结果如下：

关系操作符

        关系操作符会根据操作数的值之间的关系生成一个布尔结果（true和false）。关系操作符有六种：<、>、<=、>=、==和!=。在Java中，等于和不等于可用于所有类型，但是其他的比较操作不适用于boolean类型。因为boolean值只有真（true）和假（false）。

对象是否相等

        尽管操作符==和!=适用范围广，但是在面对一些和对象相关的比较时，就会出现问题。例如：

public class Equivalence {
    static void show(String desc, Integer n1, Integer n2) {
        System.out.println(desc + ":");
        System.out.printf(
                "%d==%d %b %b%n", n1, n2, n1 == n2, n1.equals(n2));
    }    //%b表示布尔值

    public static void test(int value) {
        Integer i1 = value;
        Integer i2 = value;
        show("直接创建对象时", i1, i2);

        Integer r1 = Integer.valueOf(value);
        Integer r2 = Integer.valueOf(value);
        show("使用Integer.valueOf()创建对象时", r1, r2);

        int x = value;
        int y = value;
        System.out.println("使用原始的int时:");
        System.out.printf("%d==%d %b%n", x, y, x == y);
    }

    public static void main(String[] args) {
        test(127);
        System.out.println("\n");
        test(128);
    }
}

        该程序的输出结果是：

        上述比较之所以出现差异，关键在于：操作符==比较的是Integer对象的引用。

    Integer会根据值的大小范围使用两种不同的缓存方式：

        · 若值的范围在-128~127之间，Integer会使用享元模式进行缓存，因此即使多次调用Integer.valueOf(127)，其生成的也是同一个对象。

        · 若在上述范围之外，Integer每次产生的将是不同的对象，因此两次调用Integer.valueOf(127)返回的是不同的对象。

        上述程序中，在test(127)的执行过程中，之所以操作符==可以返回正确的布尔值，不是因为该操作符进行了正确的比较，而只是因为两者的引用恰好相同罢了。因此，如果要对Integer对象进行比较，就需要使用equals()。

        但equals()也不是万能的， 该方法的默认行为是比较引用。这意味着，如果对一个自定义的类使用equals()，例如：

class ValA {
    int i;
}

public class EqualsMethod {
    public static void main(String[] args) {
        ValA va1 = new ValA();
        ValA va2 = new ValA();
        va1.i = va2.i = 100;
        System.out.println(va1.equals(va2));
    }
}

        上述程序的结果是false，这就是因为默认的equals()比较的是引用。所以为了能够正确比较对象的值，就需要通过重写equals()等方式。

        另一种相等比较问题发生在进行极小数的比较时。例如：

public class DoubleEquivalence {
    static void show(String desc, Double n1, Double n2) {
        System.out.println(desc + ":");
        System.out.printf(
                "%e==%e %b %b%n", n1, n2, n1 == n2, n1.equals(n2));
    }

    public static void test(double x1, double x2) {
        System.out.printf("%e==%e %b%n", x1, x2, x1 == x2); // %e表示科学记数法
        Double d1 = x1;
        Double d2 = x2;
        show("直接创建对象时", d1, d2);

        Double r1 = Double.valueOf(x1);
        Double r2 = Double.valueOf(x2);
        show("使用Double.valueOf()创建对象时", r1, r2);
    }

    public static void main(String[] args) {
        test(Double.MAX_VALUE, Double.MAX_VALUE - Double.MIN_VALUE * 1_000_000);
    }
}

        程序运行的结果如下：

        这种错误出现的原因是因为，当一个非常大的值减去一个较小的值时，非常大的值不会出现明显变化，这就是舍入误差。而这种误差的出现，则来自于机器无法储存足够的信息来表示这种大数值的小变化。

逻辑操作符

        逻辑操作符“与”（&&）、“或”（||）和“非”（!）会根据参数的逻辑关系，生成布尔值结果。但在Java中，“与”和“或”操作只能用于布尔值。

短路

        逻辑操作符支持“短路”现象：一旦表达式当前部分的计算结果能准确表达整个表达式的值，那么表达式剩余的部分将不再被执行。

public class ShortCircuit {
    static boolean test1(int val) {
        System.out.println("test1(" + val + ")");
        System.out.println("结果：" + (val < 1));
        return val < 1;
    }

    static boolean test2(int val) {
        System.out.println("test2(" + val + ")");
        System.out.println("结果：" + (val < 2));
        return val < 2;
    }

    static boolean test3(int val) {
        System.out.println("test3(" + val + ")");
        System.out.println("结果：" + (val < 3));
        return val < 3;
    }

    public static void main(String[] args) {
        boolean b = test1(0) && test2(2) && test3(2);
        System.out.println("\n表达式的值是：" + b);
    }
}

        上述程序的运行结果是：

        很明显，test3()没有被执行。这是因为test2()的结果是false，因此整个表达式的值肯定是false，剩下的表达式就没有必要执行了。通过这种短路的形式，可以减少资源的消耗。

字面量

        一般，编译器能够准确识别一个字面量的类型。但是在一些类型模糊的情况下，就必须使用与这些字面量相关的字符来进行引导。例如：

public class Literals {
    public static void main(String[] args) {
        int l1 = 0x2f; // 十六进制（小写）
        System.out.println("l1: " + Integer.toBinaryString(l1));

        int l2 = 0x2F; // 十六进制（大写）
        System.out.println("l2: " + Integer.toBinaryString(l2));

        int l3 = 0177; // 八进制（前置0）
        System.out.println("l3: " + Integer.toBinaryString(l3));

        char c = 0xffff; // char类型的最大十六进制值
        System.out.println("c: " + Integer.toBinaryString(c));

        byte b = 0x7f; // byte类型的最大十六进制值
        System.out.println("b: " + Integer.toBinaryString(b));

        long n1 = 200L; // L是long类型后缀
        long n2 = 200l; // L的大小写都可以
        long n3 = 200;

        float f1 = 2L;
        //以此类推...

        double d1 = 1D;
        //以此类推...
    }
}

        程序执行的结果如下：

        若试图将一个变量初始化为超出其范围的值，编译器会报错。上述程序展示了char和byte类型的最大十六进制值，当赋值超出了这一范围，编译器会自动将值转换为int类型，并说明本次赋值需要进行“窄化转型”。

    若将较小的类型传递给方法Integer.toBinaryString()方法，该类型会被自动转换为int类型。

字面量中的下划线

        在Java7之后，在数字字面量里使用下划线是被允许的。这在表示大数值时大有帮助。例如，可以这样初始化：

int bin = 0b0010_1111_1010_1111_1001_1000;

        在使用下划线时有几条规则：

1. 只能使用单个的下划线，不能连续使用多个；
2. 数字的开头和结尾不能存在下划线；
3. 类似于F、D或L的后缀周围不能有下划线。
4. 在二进制或十六进制标识符b和x周围不能有下划线。

     在方法System.out.printf()中可以使用%n替代惯用的\n。这样替代的理由是在不同的平台上，换行符的表达是不同的。使用%n，Java会自动匹配各个平台的换行符，因此可以省去不必要的麻烦。

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科学记数法

        在科学与工程领域，“e”表示自然对数的基数（约为2.718）。但是在一些程序语言中（Java也包含在内），e被用来表示“10的幂次”。所以如果在Java中看到类似于1.28e-43f的表达式时，其的含义实际上是：。

        一般，若编译器能够准确识别类型，那么就不需要在数值后面添加后缀名。但是如果出现类似于下方展示的情况：

float f = 1e-23f;

在编译器中，指数通常被作为double类型处理，此时尾部的f就是必须的（否则我们将收到一条报错提示）。

按位操作符

        按位操作符可以操作整数基本类型中的单个二进制位（bit）。总共有四个操作符：按位与（&）、按位或（|）、按位异或（^）和按位非（~）。和加减乘除类似，按位操作符也可以和等号（=）联用：&=、|=和^=（~是一元操作符，不能与等号联用）。

    布尔值只能进行按位与、或和异或操作，而不能执行按位非操作。另外，对于布尔值，按位操作符和逻辑操作符有相同的效果，但是按位操作符不会“短路”。

移位操作符

        移位操作符也能操作二进制位，且只能用来处理基本类型中的整数类型。移位操作符包括了三种操作符：

• 左移（<<）：将操作符左侧的操作数向左移动，移动的位数在操作符右侧指定。
• 有符号右移（>>）：将操作符左侧的操作数向有移动，若符号为正，在高位补0，否则补1。
• 无符号右移（>>>）：无论符号正负，都在高位补0。

    当对char、byte或short这些较小的类型进行移位运算时，在开始运算前会自动将它们的类型转变为int，并且结果也是int类型。

        若对int类型进行移位操作，在进行运算的时候，操作符右侧的可移位数只会用到低5位。而如果是处理long类型，那么只会用到可移位数的低6位。通过这种方式，可以放置移位超出类型允许的范围。

        若使用的是<<=、>>=或>>>=，那么在对char、byte或short等类型进行移位时，可能发生截断（此时得到的结果会是-1）：

public class URshift {
    public static void main(String[] args) {
        short s = -1;
        System.out.println("没有移位时: " + Integer.toBinaryString(s));
        System.out.println("正确的移位: " + Integer.toBinaryString(s >>> 10));

        s >>>= 10;
        System.out.println("错误的移位: " + Integer.toBinaryString(s));
    }
}

        程序执行的结果如下：

        语句Integer.toBinaryString(s >>> 10)之所以没有出错，就是因为在移位之后，结果没有重新赋值给short类型的变量s，而是在完成运算之后直接打印，因此没有发生截断。

    在程序中表示的数字的二进制形式是“有符号的二进制补码”。

三元操作符

        三元操作符，即条件操作符，它有三个操作数。其形式如下：

boolean-exp ? value0: value1

        若boolean-exp的结果是true，则执行value0，其结果就是该三元操作符的结果值；反之，则执行value1，同样得到一个来自value1的结果值。

    三元操作符的应用场景主要在于从两个值中选择一个给变量赋值。

字符串操作符+和+=

        在Java中，+和+=操作符可以用来连接字符串。

    C++可以通过操作符重载来达成这一功能，但由于这一特性被认为过于复杂，所以Java无法像C++这样进行操作符的重载。

        若一个表达式以字符串开头，则其后面的所以操作数都得是字符串类型（编译器会强制转换）：

public class StringOperators {
    public static void main(String[] args) {
        int x = 0, y = 1, z = 2;
        String s = "x, y, z ";

        System.out.println(s + x + y + z); // x、y和z的内容会被转变为字符串
        System.out.println(x + " " + s); // 开头的x的内容会被转换为字符串

        s += "(总和) = ";
        System.out.println(s + (x + y + z)); // 使用括号控制先后顺序

        System.out.println("" + x);       //类似于Integer.toString()的用法，但更简单
    }
}

        程序执行的结果如下：

        对语句System.out.println(s + x + y + z);而言，编译器会先将x、y和z转换为对应的字符串形式，这也是为什么没有发生整数求和，得到一个结果3。而在语句System.out.println(s + (x + y + z));中，由于通过括号控制了字符串转换的先后顺序，所以能够得到一个最终的结果。

类型转换操作符

        在适合的时候，Java会自动将一种类型转变为另一个类型。例如将整数值赋值给浮点变量时，编译器会自动将int类型转换为float类型。

        编译器可以自动地将较小的类型提升为较大的类型，但是有时候，我们会需要将较大的类型转变为较小的类型，即窄化转型：

int i = 200;
long lng = i; // 向上提升，可以省略强制类型转换
i = (int)lng; // 窄化转型，需要强制类型转换

        在Java中，类型转换是比较安全的，但是在进行窄化转型时，依旧存在丢失信息的风险。这是因为较小的数据类型无法容纳更多的信息。

    boolean是应该特殊的类型，它不允许任何的类型转换。除此之外，“类”类型也不被允许转换为其他类型。

截尾和舍入

        通常地，若将一个较大的类型转换为较小的类型，程序往往会对数值进行截尾：

public class CastingNumbers {
    public static void main(String[] args) {
        double above = 0.7, below = 0.4;

        System.out.println("(int)above: " + (int)above);
        System.out.println("(int)below: " + (int)below);
    }
}

        程序执行的结果是：

        在上述程序中，我们将double类型的数据强制转换为int类型，并且发生了截尾，double类型数值的小数位被截断了。

    若需要进行舍入，可以使用java.lang.Math中的round()方法。