Java 基础学习（二）运算符与分支流程控制

1 运算符

1.1 运算符概述

1.1.1 运算符概述

运算符是一种告诉计算机执行特定的数学或逻辑等操作的符号。Java运算符号包括：数学运算符、关系运算符、逻辑运算符、赋值运算符号、字符串连接运算符。计算机本质上只能处理数字，处理数字的最常见的方式就是使用运算符，如：a+b。

Java从C语言继承的丰富的运算符：

1.1.2 运算符要点

按照参与运算的元素个数来划分，运算符分为：

单目（元）运算符：比如 a++
双目（元）运算符：比如 a+b
三目（元）运算符：比如 running ? a : b

不同的运算符具有不同的优先级，多个运算符组成复杂运算时，优先级高的运算符先行计算。在优先级顺序里，括号级别最高，其次是单目运算、双目运算（先乘除后加减）、三目运算，赋值运算符的优先级最低。

运算符优先级相同时，按照结合性顺序计算。大多数运算符的结合性是从左向右，但是单目运算符、赋值运算符和三目运算符的结合性是从右向左。

由于运算符种类繁多，完全靠优先级和结合性来确定运算顺序，会导致代码难以阅读，可维护性降低。因此，实际编码时，建议利用（）调整优先级顺序，按照便于理解的顺序添加括号，从而提高代码的可阅读性和可维护度。

1.1.3【案例】运算符示例

新建类，类名为 OperatorDemo，添加代码测试运算符的使用。

案例示意代码如下：

package day02;
public class OperatorDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //优先级
        int c = 4 + 6 / 2 + 8 * 2;
        System.out.println(c);
        //结合性
        int n = 3 + 4 + 5 + 6;
        System.out.println(n);
        //利用()调整计算顺序
        int k = 1024 * (100 + 2);
        System.out.println(k);
    }
}

1.2 算术运算符

1.2.1 算术四则运算

四则运算是最常见的数学运算，运算规则与数学中的数学运算基本一样，但是也有一些细微区别。一样的规则这里就不再复述，这里主要讨论一些不同之处：

相同数据类型参与数学运算，得到相同类型的结果
整数除法得到整数结果
参与数学运算的数据类型不一致时候，就近自动数据类型转换，转换为相同类型再进行计算
byte、short、char按照int类型计算
计算结果超过数据类型范围会溢出
为了提高运行期间的性能，常量计算会在编译期间优先计算

1.2.2【案例】算术四则运算示例

在day02包下新建类，类名为 ArithmeticDemo，测试四则运算：

实现两个int类型变量的加法运算
验证并解决溢出问题
实现两个整型变量的除法运算
验证运算过程中的自动类型转换

案例示意代码如下：

package day02;
public class ArithmeticDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //一般情况
        int a = 50;
        int b = 100;
        int c = a + b; //整数加整数得到整数
        System.out.println(c);

        //溢出问题
        a = Integer.MAX_VALUE;
        b = 8;
        c = a + b;//溢出时候不会报任何错误！！
        System.out.println(c);
        //溢出会隐含发生
        a = Integer.MAX_VALUE;
        b = 5;
        //整数a加上整数b得到溢出的整数结果，再将整数赋值给l
        long l = a + b; 
        System.out.println(l);
        //解决溢出问题：
        l = (long)a + b;
        System.out.println(l);

        //整除情况
        a = 9;
        b = 2;
        c = 9/2; //整除得到4
        System.out.println(c)
;
        //浮点除法
        double dx = 9.0/2;
        System.out.println(dx);

        //自动转换类型
        a = 5;
        l = 100;
        long n = a + l; // Java先将a转换为long类型数据再与l相加
        System.out.println(n);
        // byte short char 按照int计算得到int结果
        byte b1 = 5;
        short s1 = 6;
        // short s2 = b1 + s1; // 编译错误，byte、short按照int计算得到int类型结果
        int n1 = b1 + s1;
        System.out.println(n1);
        //常量编译期间优化
        // 3是int常量，100是int，编译器运算为103不超过byte范围可以赋值
        byte b2 = 3 + 100;   
        // byte b3 = 100 + 100; // 编译错误，100与100的和超过byte范围
        System.out.println(b2);
        // System.out.println(b3);
    }
}

1.2.3 取余数运算

取余数计算，即获得除法计算的余数。在日常生活中，余数计算不常用；但是在计算机编程中，余数计算经常被用到。下面就讨论一下余数计算的特点，正是因为这些特点，余数计算才经常被使用。

在数学计算中，数学除法规则如下：

在java代码中，余数计算规则如下：

当除数是正数时，余数运算规律为：

被除数是正数时，余数是介于0到除数之间的整数，如：除数3，则余数是0 1 2之一, 范围是[0,3)
如果被除数分别是0 1 2 3 4 ... ，则余数现实为周期性数值，如：除数3则余数分别是0 1 2 0 1 2 0 1 2 ...
如果被除数是负数，除数是3其余数范围是：（-3, 0]

在java开发中，余数计算常用于：

控制计算结果的范围，比如控制计算结果是3以内的数，就对3取余数就行了
控制周期性运算：比如“发牌”，周期循环动画

1.2.4【案例】取余运算示例

在day02包下新建类，类名为 RemainderDemo，测试取余运算。

案例示意代码如下：

package day02;
public class RemainderDemo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(-5%3);
        System.out.println(0%3);
        System.out.println(1%3);
        System.out.println(2%3);
        System.out.println(3%3);
        System.out.println(4%3);
        System.out.println(5%3);
        System.out.println(6%3);
        System.out.println(7%3);
    }
}

1.2.5 自增/自减运算

自增、自减运算就是将当前变量的值增加1或者减少1。传统数学计算中是不存在自增或者自减运算的，由于软件开发中经常需要按照次序连续处理数据，计算机专家们按照自己的使用习惯设计了自增自减运算。这些运算经常用于在开发编码中，可以使程序编码变的非常干练简洁。自增运算 ++ 和自减运算符—都是单目运算符，即只有一个操作元素参与运算，其基本运算规则是将参与运算的数值增加或者减少1。

查看如下图所示的运算示意：

自增/自减一共分为 4 种写法：

1、i++ 称为“后加加”

先取变量i的值作为 i++ 整体表达式的值，再将i的值增加1
假设运算前i=1，则运算后 i++ 的结果为1 ，i为2

2、++i 称为“先加加”

先将i的值增加1，再取变量i的值作为 ++i 整体表达式的值
假设运算前i=1，则运算后 ++i 的结果为2 ，i为2

3、i-- 称为“后减减”

先取变量i的值作为 i-- 整体表达式的值，再将i的值减少1
假设运算前i=1，则运算后 i—的结果为1 ，i为0

4、--i 称为“先减减”

先将i的值减少1，再取变量i的值作为 --i 整体表达式的值
假设运算前i=1，则运算后 --i 的结果为0 ，i为0

1.2.6【案例】自增/自减运算示例

在day02包下新建类，类名为 IncrementDemo，测试自增和自减运算。

案例示意代码如下：

package day02;
public class IncrementDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 1;
        System.out.println(i++); //1
        System.out.println(i);   //2
        i = 1;
        System.out.println(++i); //2
        System.out.println(i);   //2
        i = 1;
        System.out.println(i--); //1
        System.out.println(i);   //0
        i = 1;
        System.out.println(--i); //0
        System.out.println(i);   //0
    }
}

1.3 关系运算符

1.3.1 关系运算符

关系运算用于比较数值的大、小、相等关系，Java关系运算符与数学上的关系运算规则类似。在开发中用来判断数据的大小以及是否相等。

Java的关系运算符如下所示：

关系运算的结果是boolean类型数据：如果比较结果成立则得到true，否则得到false。规则如下所示：

1.3.2【案例】关系运算符示例

在day02包下新建类，类名为 RelationalDemo，测试关系运算。

案例示意代码如下：

package day02;
public class RelationalDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int age = 5;
        System.out.println(age>12);
        System.out.println(age>=12);
        System.out.println(age<12);
        System.out.println(age<=12);
        System.out.println(age==5);
        System.out.println(age!=5);
    }
}

1.4 逻辑运算符

1.4.1 什么是逻辑运算

利用逻辑运算可以将简单的逻辑复合成为复杂逻辑，实现复杂判断。在软件开发过程中，如果遇到复杂的逻辑条件判断，就可以利用逻辑运算符将简单逻辑组合为复杂逻辑。

比如，判定一个人是否为老头的逻辑为：年龄大于60的男性。则为两个逻辑判断组合而成：年龄大于60，且，性别为男。

1.4.2 逻辑运算符

参与逻辑运算的变量或表达式都是boolean类型，运算结果也为boolean类型。

逻辑运算符有3种：

逻辑与 &&
逻辑或 ||
逻辑非 !

三种逻辑运算符的运算规则如下：

1.4.3【案例】闰年判断

闰年是比普通年份多出一段时间的年份，目的是为了弥补人为规定的纪年与地球公转产生的差异。地球公转一年的周期称为回归年，总时长为 365天5时48分46秒，也是太阳直射点来回的周期，也就是通常说的一年。

按照一年365天计算，则存在时间上的差异，因为设计出来闰年以实现时间上的找平补齐。

目前使用的格里高利历闰年规则如下：

公元年份除以4可整除但除以100不可整除，为闰年
公元年份除以400可整除，为闰年

可以简单总结为：四年一闰，百年不润，四百年再闰。

在day02包下新建类，类名为LogicalDemo1，编写代码：输入年份数字，判断是否为闰年并输出结果。

案例示意代码如下：

package day02;
import java.util.Scanner;
public class LogicalDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner console = new Scanner(System.in);
        System.out.print("输入年份：");
        int year = console.nextInt();
        boolean b=
                ((year % 4 == 0) && !(year % 100 == 0))||(year % 400 == 0);
        System.out.println(b);
    }
}

注意：这里使用了Scanner，它是Java提供的API，利用Scanner可以从控制台获取用户输入的参数，使用步骤如下：

导入Scanner API： import java.util.Scanner;
创建Scanner对象：Scanner console = new Scanner(System.in);
调用方法获取用户输入信息：int year = console.nextInt();

1.4.4 短路逻辑运算

短路逻辑运算是指在进行两元逻辑运算时，如果能够通过第一个表达式得到整体运算结果，就不再运算第二个表达式。

Java的两元逻辑运算符 && 和 || 都按照短路规则执行。短路运算规则有着诸多的好处，首先可以减少运算次数提高程序性能，还可以利用第一个表达式运算结果跳过第二个表达式，避免第二个表达式的运算错误（这个现象会在面向对象阶段详细阐述）。

短路&&运算的规则如下所示：

1.4.5【案例】短路逻辑运算示例

在day02包下新建类，类名为 LogicalDemo2，测试短路逻辑运算。

案例示意代码如下：

package day02;
public class LogicalDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        char gender = '女';
        int age = 26;
        boolean pass = gender == '女' || age >= 60;
        System.out.println(pass);
    }
}

由于短路逻辑更接近生活逻辑，并且可以一定程度的提高计算速度，所以短路逻辑还是比较常用的。

1.5 赋值运算符

1.5.1 赋值运算

基本的赋值运算符是“=”，你一开始可能会以为它是“等于”，其实并非如此。它实际上意味着把右边表达式的值赋给左侧变量。

由于赋值运算是优先级别最低的运算符，在其他运算之后进行运算，所以在Java中使用如下运算是可以的：

int i = 9;
i = i + 10;
System.out.println(i);  //19

赋值运算本身也是一个“赋值表达式”，运算结束后整个“赋值表达式”有值，其值是最后赋值的值，如：

int n = 9; 
int k;
System.out.println(k = n+5); //14

1.5.2【案例】赋值运算示例

在day02包下新建类，类名为 AssignmentDemo2，测试赋值运算。

案例示意代码如下：

package day02;
public class AssignmentDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        int a, b, c, d;
        a = b = c = d = 20;
        System.out.println(a);
        System.out.println(b);
        System.out.println(c);
        System.out.println(d);
    }
}

由上述代码可以看出：赋值运算的结合性是从右到左，与常规的数学运算习惯的从左到右不同。

1.5.3 复合赋值运算

“=”和双目运算符组合为复合赋值运算：可以看成是双目运算和赋值运算的简化写法。利用复合赋值运算可以简化代码的编写，提高编程效率。如下图所示：

常见复合赋值运算有：

1.5.4 【案例】复合赋值运算示例

在day02包下新建类，类名为 AssignmentDemo3，测试复合赋值运算。

案例示意代码如下：

public class AssignmentDemo3 {
    public static void main(String[] args) {
        int n = 1;
        n += 5;  // n = (int)(n+5) //n=6
        System.out.println(n);
        n = 1;
        n -= 8;  // n = (int)(n-8)
        System.out.println(n);// -7
        n = 1;
        n +=9.6; // n = (int)(n+9.6)
        System.out.println(n); // 10
    }
}

1.6 字符串连接运算符

1.6.1 字符串连接运算

字符串连接运算就是将两个字符串连接为一个新的字符串。因为字符串是Java最常用显示信息方式，所以字符串连接也是最常见的字符串运算。

Java字符串连接使用“+”实现：“+”运算除了可以用于数学加法还可以连接字符串。也就是是说一个加号“+”具有两种功能，这种一个运算符号两种功能现象称为：“运算符重载”。

1.6.2 “+”运算符规则

使用“+”元素时：

如果加号两侧都是数值就是数值加法
如果加号的一侧出现了字符串，就按照字符串连接运算计算
字符串连接时候，会将不是字符串的数据转换为字符串再进行连接

规则如下所示：

代码示意如下：

System.out.println(5+5.5);
System.out.println(5+"5.5");
System.out.println(5+5+"5.5");
System.out.println("5"+5+"5.5");

1.7 三元运算符

1.7.1 三元运算符

三元/目运算符也称为“条件运算符”或者“条件表达式”，其本质上是一种简化版的条件判断语句。因为其简洁方便在开发中经常被使用。其逻辑规则如下所示：

可以看出，在计算三元运算符时：

先计算“boolean表达式”
如果“boolean表达式”的值为true，整个表达式的值为“表达式1”的值
如果“boolean表达式”的值为false，整个表达式的值为“表达式2”的值

1.7.2【案例】三元运算符示例

在day02包下新建类，类名为 TernaryDemo，测试三元运算符。

案例示意代码如下：

package day02;
import java.util.Scanner;
public class TernaryDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 挑选a和b中的最大值
        Scanner console = new Scanner(System.in);
        System.out.print("输入a b：");
        int a = console.nextInt();
        int b = console.nextInt();
        int max = a > b ? a : b;
        System.out.println(max);
    }
}

2 分支流程控制

2.1 流程控制概述

2.1.1 流程控制概述

流程控制是指在程序运行时，控制指令运行的顺序。流程控制通过流程控制语句实现，利用流程控制语句可以控制程序的执行流程、控制算法的执行顺序。

流程控制可以分为3类：

其中：

顺序：程序按照从上到下顺次执行指令序列
分支：根据分支条件选择一路指令序列执行
循环：根据循环条件反复执行指令序列

2.2 分支流程控制—if语句

2.2.1 分支流程控制概述

分支是指，根据分支条件选择一路指令序列执行。使用分支流程控制语句，可以根据条件控制程序的执行。比如：可以处理碰到边缘就出现反弹动作；价格超过一定值就打折扣等。分支条件语句在软件编码中，是很常用的。

Java的分支条件语句有：

if 语句
switch 语句

分支控制分为3种：

2.2.2 if单路分支流程控制

if语句用于处理单路分支流程控制。其语法结构如下：

上述语句的执行流程为：

1、先执行指令1

2、然后执行判断分支条件表达式，得到boolean值

若值为true，则执行if语句块中的指令2
若值为false，则不执行if语句块中的指令2

3、最后执行指令3

利用单路分支控制语句可以处理分支逻辑操作，比如：当商品总价大于等于500，则打8折。示意如下：

使用分支流程控制语句时候，要先分析业务处理流程，如果业务流程能够套用分支流程控制，就将业务流程套用到分支流程控制语句中，就可以解决业务问题了。

2.2.3 【案例】if 单路分支示例

在day02包下新建类，类名为IfDemo1，要求实现：

输入商品总价
如果总价不小于500，则打八折
输出付款金额

案例示意代码如下：

package day02;
import java.util.Scanner;
public class IfDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner console = new Scanner(System.in);
        System.out.print("输入商品总价：");
        double total = console.nextDouble();
        if(total>=500) {
            //total = total * 0.8;
            total *= 0.8;
        }
        System.out.println("付款金额："+total);
    }
}

2.2.4 if else双路分支语句

if 与else 搭配可以实现双路分支语句，其语法如下：

其执行流程为：

1、执行指令1

2、判断if分支条件表达式的值：

若值为true，则执行指令2
若值为false，则执行指令3

3、执行指令4

这就是二选一的执行流程，可以用于解决如下案例：如果商品总价大于等于500，则打8折，如果小于500打95折。

分析如下所示：

2.2.5【案例】if else 双路分支示例

在day02包下新建类，类名为IfDemo2，要求实现：

输入商品总价
如果总价不小于500，则打八折；否则打九折
输出付款金额

案例示意代码如下：

package day02;
import java.util.Scanner;
public class IfDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        /**
         * if esle Demo
         */
        Scanner console = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入总价：");
        double total = console.nextDouble();
        if(total>=500) {
            total *= 0.8;
        }else {
            total *= 0.95;
        }
        System.out.println("应付款项："+total);
    }
}

2.2.6 if else if 多路分支语句

if else 可以组合成多路分支语句，用来实现根据多个条件多选一执行，比如分段打折问题：

如果商品总价大于等于800，则打7折
如果商品总价小于800大于等于500，则打8折
如果商品总价小于500大于等于200，则打9折
如果商品总价小于200，则打95折

其流程可以描述如下：

利用if else if 语句就可以解决这个问题：

2.2.7【案例】if else if 多路分支示例

在day02包下新建类，类名为IfDemo3，要求实现：

输入商品总价
根据不同价位进行折扣计算
输出付款金额

案例示意代码如下：

package day02;
import java.util.Scanner;
public class IfDemo3 {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner console = new Scanner(System.in);
        System.out.print("输入总金额：");
        double total = console.nextDouble();
        if(total>=800) {
            total *= 0.7;
        }else if(total>=500) {
            total *= 0.8;
        }else if(total>=200) {
            total *= 0.9;
        }else {
            total *= 0.95;
        }
        System.out.println("应付款："+total);
    }
}

2.3 分支流程控制—switch语句

2.3.1 switch case 语句

switch ... case 是Java的一种多路分支语句，可以根据整数、字符串、枚举类型进行分支：从不同的程序入口开始执行。

具体语法如下：

Java 5 开始switch case语句支持枚举类型
Java 7 开始switch case开始支持支持String类型
break 用于结束switch语句
byte、short、char可以自动转换为int，可以作为分支条件
case 后只能是常量，不能是表达式

具体使用规则如下所示：

if else if 语句已经可以实现多路分支了，而switch case语句在整数等情况下进行分支判断时候性能更好。所以根据整数值进行分支时候建议使用switch case，这样可以提升运算性能。

注意：if else if是万能多路分支语句，而switch只能对整数（字符串、枚举）进行分支，是限定整数情况下才能使用；而使用switch case的根本原因就是因为其性能优势。所以在开发中，如果可以根据整数进行分支，建议使用switch case。

2.3.2【案例】switch case分支示例

在day02包下新建类，类名为SwitchDemo，要求实现：

根据学生的成绩输出学生的等级（输入的成绩是百分制）
输出评定等级：100～90分输出A，89～80输出B，79～60输出C，59以下输出D

分析这个案例，其代码逻辑如下所示：

对于相同的case语句，可以去除break后合并case语句，简化代码：

案例示意代码如下：

package day02;
import java.util.Scanner;
public class SwitchDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner console = new Scanner(System.in);
        System.out.print("输入分数：");
        int score = console.nextInt();
        switch(score/10) {
        case 10:
        case 9:
            System.out.println("A");
            break;
        case 8:
            System.out.println("B");
            break;
        case 7:
        case 6:
            System.out.println("C");
            break;
        default:
            System.out.println("D");
        }
    }
}

2.4 Java新特性-switch表达式

2.4.1 什么是switch表达式

Java 12引入了一种新的switch表达式，它在语法和功能上有所改进，使得编写更简洁、易读的代码成为可能。

传统的switch语句中，每个case后面需要使用break语句来结束，而Java 12的switch表达式中，可以使用"->"箭头来表示代码块的执行，并且不需要显式使用break语句。此外，Java 12的switch表达式还支持新的语法特性，如匹配模式（Pattern Matching）、Lambda表达式和块标签。

下面是Java 12 switch表达式的基本语法：

int result = switch (expression) {
    case value1 -> {
        // 执行代码块1
        yield result1;
    }
    case value2 -> {
        // 执行代码块2
        yield result2;
    }
    // 更多的case语句
    default -> {
        // 执行默认代码块
        yield defaultResult;
    }
};

在这个语法中，switch表达式的结果被赋值给一个变量（此例中的result）。每个case后面的箭头（->）表示对应的代码块的执行，并且可以使用yield语句来返回一个值作为表达式的结果。如果case中只有一个表达式作为返回值的时候可以省略{}和yield。

2.4.2【案例】使用switch表达式计算价格

在Java 12中，我们可以使用箭头操作符（->）来指定每个分支的结果。

String fruit = "apple";
int quantity = 2;
double totalPrice = switch (fruit) {
    case "apple" -> 1.0 * quantity;
    case "banana" -> 0.8 * quantity;
    case "orange" -> 0.5 * quantity;
    default -> 0 * quantity;
};
System.out.println("Total price: $" + totalPrice);

在这个例子中，我们根据不同的水果类型计算总价格。使用switch表达式，我们可以直接在分支条件中进行计算，并返回结果。

Java 12的switch表达式提供了更简洁、灵活的语法，使得处理多个分支情况的代码更加清晰易读。它在简化代码、提高开发效率方面有很大的帮助。