Java基础篇----算术魔术大揭秘【面试题拓展】

作为一名对技术充满热情的学习者，我一直以来都深刻地体会到知识的广度和深度。在这个不断演变的数字时代，我远非专家，而是一位不断追求进步的旅行者。通过这篇博客，我想分享我在某个领域的学习经验，与大家共同探讨、共同成长。请大家以开放的心态阅读，相信你们也会在这段知识之旅中找到启示。

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前言

同学们,在学习Java中，理解和掌握运算符的使用是非常重要的，因为它们是编写有效和功能丰富的代码的基础。不同类型的运算符支持不同的操作，例如进行数学运算、比较值、执行逻辑操作等。透彻理解运算符的使用方式和规则，有助于编写更高效和可读性更强的代码。
下面我将带大家学习,在Java中我们需要掌握那些基本的运算符,就从底层的角度探究每种运算符是怎么使用的.

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一、什么是运算符？

运算符是编程语言中用于执行各种操作的符号或关键字。在Java中，运算符用于执行算术、关系、逻辑、位、赋值等各种操作。它们是构建表达式的基本组成部分，允许程序对变量和值执行各种计算和比较。

二、运算符分类及底层逻辑:

1.算术运算符：

+（加法）：执行两个操作数的加法。
-（减法）：从左操作数减去右操作数。
*（乘法）：将两个操作数相乘。
/（除法）：用左操作数除以右操作数。
%（取模）：返回左操作数除以右操作数的余数。

int a = 10;
int b = 5;

int sum = a + b;   // 15
int difference = a - b;  // 5
int product = a * b;   // 50
int quotient = a / b;   // 2
int remainder = a % b;  // 0

2.关系运算符：

==（等于）：检查左右两个操作数是否相等。
!=（不等于）：检查左右两个操作数是否不相等。
>（大于）：检查左操作数是否大于右操作数。
<（小于）：检查左操作数是否小于右操作数。
>=（大于等于）：检查左操作数是否大于或等于右操作数。
<=（小于等于）：检查左操作数是否小于或等于右操作数。

int x = 7;
int y = 10;

boolean isEqual = x == y;   // false
boolean notEqual = x != y;  // true
boolean greaterThan = x > y;  // false
boolean lessThan = x < y;     // true
boolean greaterOrEqual = x >= y;  // false
boolean lessOrEqual = x <= y;     // true

3.逻辑运算符：

&&（逻辑与）：当且仅当两个操作数都为真时，结果为真。
||（逻辑或）：当至少一个操作数为真时，结果为真。
!（逻辑非）：将操作数的值取反。

boolean p = true;
boolean q = false;

boolean logicalAnd = p && q;   // false
boolean logicalOr = p || q;    // true
boolean logicalNotP = !p;      // false

4.位运算符：

&（按位与）：对每一位执行与操作。
|（按位或）：对每一位执行或操作。
^（按位异或）：对每一位执行异或操作（相同为0，不同为1）。
~（按位取反）：对操作数的每一位取反。
<<（左移）：将操作数的位向左移动指定的位数，右侧用0填充。
>>（右移）：将操作数的位向右移动指定的位数，左侧用符号位填充。
>>>（无符号右移）：将操作数的位向右移动指定的位数，左侧用0填充。

int num1 = 5;   // 0101 in binary
int num2 = 3;   // 0011 in binary

int bitwiseAnd = num1 & num2;  // 0001 (1 in decimal)
int bitwiseOr = num1 | num2;   // 0111 (7 in decimal)
int bitwiseXor = num1 ^ num2;  // 0110 (6 in decimal)
int bitwiseComplement = ~num1; // 11111111111111111111111111111010 (-6 in decimal)
int leftShift = num1 << 1;     // 1010 (10 in decimal)
int rightShift = num1 >> 1;    // 0010 (2 in decimal)
int unsignedRightShift = num1 >>> 1;  // 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101 (2,147,483,653 in decimal)

5.赋值运算符：

=（赋值）：将右操作数的值赋给左操作数。
+=、-=、*=、/=、%=等：执行相应的算术运算，并将结果赋给左操作数。
&=、|=、^=、<<=、>>=、>>>=等：执行相应的位运算，并将结果赋给左操作数。

int x = 5;
int y = 3;

x += y;   // Equivalent to x = x + y;  // x is now 8
x -= y;   // Equivalent to x = x - y;  // x is now 5 again
x *= y;   // Equivalent to x = x * y;  // x is now 15
x /= y;   // Equivalent to x = x / y;  // x is now 5
x %= y;   // Equivalent to x = x % y;  // x is now 2

6.增量和减量运算符：

++（自增）：将操作数的值增加1。
–（自减）：将操作数的值减少1。

int count = 10;

count++;   // Equivalent to count = count + 1;  // count is now 11
count--;   // Equivalent to count = count - 1;  // count is now 10 again

3.面试题拓展:

1. 算术运算符：

• 问题： 解释算术运算符 + 和 += 的区别。
  • 答案：
    + 是二元算术运算符，用于执行两个操作数的加法。例如，a + b。
    += 是赋值运算符，用于将右操作数的值添加到左操作数，并将结果赋给左操作数。例如，a += b 等效于 a = a + b。
• 问题： 如何避免整数相除时出现的除法误差？
  • 答案:
    使用 double 或 float 类型进行除法，因为它们支持小数。
    或者在进行整数相除时，将其中一个操作数转换为浮点数类型，例如：(double) a / b。
• 问题： 什么是取模运算符 %？如何使用它？
  • 答案:
    % 是取模运算符，用于返回左操作数除以右操作数的余数。
    例如，a % b 返回 a 除以 b 的余数。

int a = 10;
int b = 3;

int sum = a + b;        // 13
a += b;                 // a 现在为 13
int remainder = a % b;  // 1 (13 除以 3 的余数)

2. 关系和逻辑运算符：

• 问题： 解释逻辑运算符 && 和 || 的短路行为。
  • 答案：
    && 和 || 具有短路行为，即在必要时只执行其中一个操作数。
    对于 &&，如果第一个操作数为 false，则不会执行第二个操作数。对于 ||，如果第一个操作数为 true，则不会执行第二个操作数。
• 问题： 对于两个字符串 str1 和 str2，str1.equals(str2) 和 str1 == str2 之间有何区别？
  • 答案:
    str1.equals(str2) 用于比较字符串的内容，而 str1 == str2 用于比较字符串的引用（内存地址）。
    推荐使用 equals 进行字符串内容比较，因为它比较的是字符串的实际值。

String str1 = "Hello";
String str2 = new String("Hello");

// 内容比较
boolean contentEquals = str1.equals(str2);  // true

// 引用比较
boolean referenceEquals = str1 == str2;     // false

3. 位运算符：

• 问题： 使用位运算实现交换两个变量的值而不使用临时变量。
  • 答案:
    使用异或运算符 ^，因为 a ^ b ^ b 等效于 a。
• 问题： 解释 & 和 | 运算符的作用，以及它们在哪些场景中常常使用。
  • 答案:
    & 是按位与运算符，执行每一位的与操作。
    | 是按位或运算符，执行每一位的或操作。
    通常在对二进制位进行特定操作时使用，例如掩码和权限设置。

int a = 5;
int b = 7;

// 交换值，不使用临时变量
a = a ^ b;
b = a ^ b;
a = a ^ b;

// 按位与和按位或
int bitwiseAnd = a & b;  // 5 (0101 & 0111)
int bitwiseOr = a | b;   // 7 (0101 | 0111)

4. 赋值运算符：

• 问题： 说明 += 和 ++ 之间的区别。
  • 答案：
    += 是复合赋值运算符，用于将右操作数的值添加到左操作数，并将结果赋给左操作数。
    ++ 是递增运算符，用于将操作数的值增加1。
• 问题： 如何在不使用乘法运算符的情况下实现整数的两倍增加？
  • 答案:
    使用左移运算符 <<，因为 a << 1 等效于 a 的两倍。

int x = 5;
int y = 3;

// 复合赋值和递增
x += y;   // 等效于 x = x + y;  // x 现在为 8
x++;      // 等效于 x = x + 1;  // x 现在为 9

5. 增量和减量运算符：

• 问题： 解释 i++ 和 ++i 之间的区别。
  • 答案：
    i++ 是后缀递增运算符，先返回原始值，然后增加1。
    ++i 是前缀递增运算符，先增加1，然后返回新值。
• 问题： 在什么情况下使用前缀递增/递减运算符比后缀递增/递减更合适？
  • 答案:
    当在表达式中使用变量的新值之前，使用前缀形式更合适。
    当在表达式中使用变量的原始值之前，使用后缀形式更合适。

int count = 10;

// 前缀递增和后缀递减
int newCount1 = ++count;  // 先增加1，newCount1 现在为 11
int newCount2int newCount2 = count--;  // 先返回原始值（11），然后减少1，count 现在为 10

4.有趣的小米面试题:

问题： 小米公司正在组织一个趣味竞赛，参赛者需要通过计算来解锁手机。假设手机上的密码是一个四位数，每位数字范围在0到9之间。参赛者需要按照以下规则解锁手机：

1.手机密码的每一位数字都必须是偶数。
2.相邻两位数字的差的绝对值不能超过2。
请写一个程序，帮助小米公司判断一组四位数密码是否符合解锁规则。如果符合规则，输出"解锁成功！“，否则输出"解锁失败！”。

提示：

使用逻辑运算符和关系运算符来判断数字的奇偶性和相邻两位的差。
尝试编写函数来检查单个数字是否满足规则。

public class UnlockChallenge {

    public static void main(String[] args) {
        int password = 2468; // 请更换为不同的四位数密码进行测试

        if (isValidPassword(password)) {
            System.out.println("解锁成功！");
        } else {
            System.out.println("解锁失败！");
        }
    }

    // 检查单个数字是否是偶数
    private static boolean isEven(int digit) {
        return digit % 2 == 0;
    }

    // 检查相邻两位数字的差的绝对值是否不超过2
    private static boolean isDifferenceValid(int digit1, int digit2) {
        return Math.abs(digit1 - digit2) <= 2;
    }

    // 检查密码是否符合解锁规则
    private static boolean isValidPassword(int password) {
        int digit1 = password / 1000 % 10;
        int digit2 = password / 100 % 10;
        int digit3 = password / 10 % 10;
        int digit4 = password % 10;

        // 检查每一位数字是否为偶数，并且相邻两位的差的绝对值是否不超过2
        return isEven(digit1) && isEven(digit2) && isEven(digit3) && isEven(digit4) &&
               isDifferenceValid(digit1, digit2) && isDifferenceValid(digit2, digit3) &&
               isDifferenceValid(digit3, digit4);
    }
}

请替换 password 的值并运行程序，看看是否符合小米公司的解锁规则。

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总结

同学们,感谢大家阅读博主的文章,希望大家可以得到有用的帮助!希望大家在以后的学习生活中一帆风顺,多多努力!

注:后面也是基础篇的完结篇了,希望大家打牢基础,为以后的编程做好铺垫,一步一个脚印,坚持不懈,持续输入新知识,巩固更新旧知识.