【0基础学Java第三课】-- 运算符

3. 运算符

3.1 什么是运算符
3.2 算术运算符
- 3.2.1 **基本四则运算符：加减乘除模(+ - * / %）**
- 3.2.2 增量运算符 += -= *= %=
- 3.2.3 自增/自减运算符++ --
3.3 关系运算符
3.4逻辑运算符(重点)
- 3.4.1 逻辑与 &&
- 3.4.2 逻辑 ||
- 3.4.3逻辑非 !
- 3.4.4 短路求值
3.5 位运算符
- 3.5.1按位与 &
- 3.5.2 按位或 |
- 3.5.3 按位取反 ~
- 3.5.4 按位异或 ^
3.6 移位运算(了解)
- 3.6.1 左移 <<
- 3.6.2 右移 >>
- 3.6.3 无符号右移 >>>
- 3.7 条件运算符
3.8 运算符的优先级

3.1 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+，<，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。

3.2 算术运算符

3.2.1 **基本四则运算符：加减乘除模(+ - * / %）**

    public static void main1(String[] args) {
/*        int a = 20;
        int b = 10;
        System.out.println(a + b); // 30
        System.out.println(a - b); // 10
        System.out.println(a * b); // 200
        System.out.println(a / b); // 2
        System.out.println(a % b); // 0 --->模运算相当于数学中除法的余数
        //System.out.println(a/0); //做除法和取模时，右操作数不能为0*/
        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); // 1
        // 如果要得到数学中的结果，可以使用如下方式
        double d = a*1.0 / b; 
        System.out.println(d);// 1.5
        //取决于操作数第一个数是否为正负
        //取决于操作数第一个数是否为正负
        System.out.println(7%3);//1
        System.out.println(7%-3);//1
        System.out.println(-7%3);//-1
        System.out.println(-7%3);//-1
				
		// +的左侧是int，右侧是double，在加之前int被提升为double
        System.out.println(1+0.2); //1.2
        System.out.println(11.5 % 2.0); //1.5
    }

注意：

都是二元运算符，使用时必须要有左右两个操作数
int / int 结果还是int类型，而且会向下取整
做除法和取模时，右操作数不能为0
% 不仅可以对整型取模，也可以对double类型取模，但是没有意义，一般都是对整型取模的
两侧操作数类型不一致时，向类型大的提升

3.2.2 增量运算符 += -= *= %=

该种类型运算符操作完成后，会将操纵的结果赋值给左操作数。

    public static void main2(String[] args) {
        int a= 1;
        a += 2;   // 相当于 a = a + 2
        System.out.println(a); //3

        long b = 10L;
        int i = 3;
        i += b;
        System.out.println(i);// 13

        //判断不同类型+=是提升还是截断
        byte b1 = 1;
        byte b2 = 127;
        b2 += b1;
        System.out.println(b2);//-128  截断的
    }

注意：只有变量才能使用该运算符，常量不能使用。

3.2.3 自增/自减运算符++ –

++是给变量的值+1，–是给变量的值-1。

    public static void main3(String[] args) {
        int a = 1;
        a++; // 后置++ 表示给a的值加1，此时a的值为2
        System.out.println(a++); // 注意：后置++是先使用变量原来值，表示式结束时给变量+1，因此输出2
        System.out.println(a); // 输出3
        ++a; // 前置++ 表示给a的值加1
        System.out.println(++a); // 注意：前置++是先给变量+1，然后使用变量中的值，因此输出5
        System.out.println(a); // 输出5
        // --操作符给操作-1，与++含义类似
    }

注意：

如果单独使用，【前置++】和【后置++】没有任何区别
如果混合使用，【前置++】先+1，然后使用变量+1之后的值，【后置++】先使用变量原来的值，表达式结束时给变量+1
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

3.3 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 。

    public static void main(String[] args) {
        //关系运算符
        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

3.4逻辑运算符(重点)

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

3.4.1 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。
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。

    public static void main(String[] args) {
        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
    }

3.4.2 逻辑 ||

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。
左右表达式至少一个为真，则为真。

    public static void main(String[] args) {
        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
    }

3.4.3逻辑非 !

语法规则：! 表达式
真变假，假变真。

    public static void main(String[] args) {
        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
    }

3.4.4 短路求值

&& 和 || 遵守短路求值的规则.

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(10 > 20 && 10 / 0 == 0); // 打印 false
        System.out.println(10 < 20 || 10 / 0 == 0); // 打印 true

        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
    }

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.

3.5 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。

3.5.1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。

    public static void main(String[] args) {
        int a = 10;
        int b = 20;
        //a - 0000 1010
        //b - 0001 0100
        //& - 0000 0000 - 0
        System.out.println(a & b); // 0
    }

    a - 0000 1010
    b - 0001 0100
    & - 0000 0000 - 0

3.5.2 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.

    public static void main(String[] args) {
        int a = 10;
        int b = 20;
        //a - 0000 1010
        //b - 0001 0100
        //| - 0001 1110 - 30
        System.out.println(a | b); //30
    }

    a - 0000 1010
    b - 0001 0100
    | - 0001 1110 - 30

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。

3.5.3 按位取反 ~

如果该位为 0 则转为 1, 如果该位为 1 则转为 0

    public static void main(String[] args) {
        int a = 0xf;
        System.out.printf("%x\n", ~a);//fffffff0
    }

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

3.5.4 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.

    public static void main(String[] args) {

        System.out.printf("%x\n", 6^6);// 0
        //6 - 0000 0110
        //6 - 0000 0110
        //^ - 0000 0000  //0
        
        
        System.out.printf("%x\n", 6^0);// 6
        //6 - 0000 0110
        //0 - 0000 0000
        //^ - 0000 0110 // 6
    }

    6 - 0000 0110
    6 - 0000 0110
    ^ - 0000 0000  - 0

    6 - 0000 0110
    0 - 0000 0000
    ^ - 0000 0110 -  6

注意：

n^n = 0 两个数相同，异或的结果为0.
n^0 = n 一个数异或0，结果为它本身。
1 ^ 3 ^ 6 ^ 3 ^ 1 = 6 ^ 0 = 6 运算符交换律

3.6 移位运算(了解)

移位运算符有三个: << >> >>> ，都是二元运算符，且都是按照二进制比特位来运算的。

3.6.1 左移 <<

最左侧位不要了, 最右侧补 0.
11左移1位，2位如下
在这里插入图片描述

    public static void main(String[] args) {
        int a = 11;
        System.out.printf("%x\n", a << 1); // 22
        System.out.printf("%x\n", a << 2); // 44
        // 运行结果(注意, 是按十六进制打印的)
    }

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。

3.6.2 右移 >>

最右侧位不要了, 最左侧补符号位(正数补0, 负数补1)
在这里插入图片描述

    public static void main(String[] args) {
        int a = 11;
        System.out.printf("%x\n", a >> 1); // 5
        System.out.printf("%x\n", a >> 2); // 2
        // 运行结果(注意, 是按十六进制打印的)
        int b = 0xffff0000;
        System.out.printf("%x\n", b >> 1); //ffff8000
        // 运行结果(注意, 是按十六进制打印的)
        byte c = -1;
        System.out.println(c >> 1);  // 有符号右移-1
    }

3.6.3 无符号右移 >>>

最右侧位不要了, 最左侧补 0.

    public static void main(String[] args) {
        byte c = -1;
        System.out.println(c >> 1);  // 有符号右移-1
        System.out.println(c >>> 1); // 无符号右移2147483647
    }

注意：

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.
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.
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.
移动负数位或者移位位数过大都没有意义.

3.7 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.

    public static void main(String[] args) {
        // 求两个整数的最大值
        int a = 10;
        int b = 20;
        int max = a > b ? a : b; // 20
        //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

        //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 = 10;
        int d = 20;
        //int e = c > d? 1 : 2.0;  报错
        
    }

3.8 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。

    public static void main(String[] args) {
        // 求a和b的平均值
        int a = 10;
        int b = 20;
        int c = a + (b - a) >> 1;
        //+ 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
        System.out.println(c); //10
    }