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JAVA面试题解惑系列(十一)——这些运算符你是否还记得?

有些运算符在JAVA语言中存在着,但是在实际开发中我们或许很少用到它们,在面试题中却时常出现它们的身影,对于这些运算符的含义和用法,你是否还记得呢?

自增(++)和自减(–)运算符

我们先来回答几个问题吧:

int i = 0;     
int j = i++;     
int k = --i;

这段代码运行后,i等于多少?j等于多少?k等于多少?太简单了?好,继续:

int i = 0;     
int j = i++ + ++i;     
int k = --i + i--;

代码执行后i、j、k分别等于多少呢?还是很简单?好,再继续:

int i=0;     
System.out.println(i++);

这段代码运行后输出结果是什么?0?1?

float f=0.1F;     
f++;     
double d=0.1D;     
d++;     
char c='a';     
c++;

上面这段代码可以编译通过吗?为什么?如果你能顺利回答到这里,说明你对自增和自减运算符的掌握已经很好了。

为了分析出上面提出的几个问题,我们首先来回顾一下相关知识:

自增(++):将变量的值加1,分前缀式(如++i)和后缀式(如i++)。前缀式是先加1再使用;后缀式是先使用再加1。
自减(–):将变量的值减1,分前缀式(如–i)和后缀式(如i–)。前缀式是先减1再使用;后缀式是先使用再减1。

在第一个例子中,int j=i++;是后缀式,因此i的值先被赋予j,然后再自增1,所以这行代码运行后,i=1、j=0;而int k=–i;是前缀式,因此i先自减1,然后再将它的值赋予k,因此这行代码运行后,i=0、k=0。

在第二个例子中,对于int j=i++ + ++i;,首先运行i++,i的值0被用于加运算(+),之后i自增值变为1,然后运行++i,i先自增变为2,之后被用于加运算,最后将i两次的值相加的结果0+2=2赋给j,因此这行代码运行完毕后i=2、j=2;对于int k=–i + i–;用一样的思路分析,具体过程在此不再赘述,结果应该是i=0、k=2。

自增与自减运算符还遵循以下规律:

可以用于整数类型byte、short、int、long,浮点类型float、double,以及字符串类型char。
在Java5.0及以上版本中,它们可以用于基本类型对应的包装器类Byte、Short、Integer、Long、Float、Double、Character。
它们的运算结果的类型与被运算的变量的类型相同。

下面的这个例子验证以上列出的规律,它可以编译通过并执行。

public class Test {     
    public static void main(String[] args) {     
        // 整型     
        byte b = 0;     
        b++;     
        // 整型     
        long l = 0;     
        l++;     
        // 浮点型     
        double d = 0.0;     
        d++;     
        // 字符串     
        char c = 'a';     
        c++;     
        // 基本类型包装器类     
        Integer i = new Integer(0);     
        i++;     
    }     
}

按位运算符

你还能说出来按位运算符一共有哪几种吗?对比下面的列表看看,有没有从你的记忆中消失了的:

按位与运算(&):二元运算符。当被运算的两个值都为1时,运算结果为1;否则为0。
按位或运算(|):二元运算符。当被运算的两个值都为0时,运算结果为0;否则为1。
按位异或运算(^):二元运算符。当被运算的两个值中任意一个为1,另一个为0时,运算结果为1;否则为0。
按位非运算(~):一元运算符。当被运算的值为1时,运算结果为0;当被运算的值为0时,运算结果为1。

这里不像我们看到的逻辑运算符(与运算&&、或运算||、非运算!)操作的是布尔值true或false,或者是一个能产生布尔值的表达式;“按位运算符”所指的“位”就是二进制位,因此它操作的是二进制的0和1。在解释按位运算符的执行原理时,我们顺便说说它们和逻辑运算符的区别。

逻辑运算符只能操作布尔值或者一个能产生布尔值的表达式;按位运算符能操作整型值,包括byte、short、int、long,但是不能操作浮点型值(即float和double),它还可以操作字符型(char)值。按位运算符不能够操作对象,但是在Java5.0及以上版本中,byte、short、int、long、char所对应的包装器类是个例外,因为JAVA虚拟机会自动将它们转换为对应的基本类型的数据。
下面的例子验证了这条规律:

public class BitOperatorTest {     
    public static void main(String[] args) {     
        // 整型     
        byte b1 = 10, b2 = 20;     
        System.out.println("(byte)10 & (byte)20 = " + (b1 & b2));     
        // 字符串型     
        char c1 = 'a', c2 = 'A';     
        System.out.println("(char)a | (char)A = " + (c1 | c2));     
        // 基本类型的包装器类     
        Long l1 = new Long(555), l2 = new Long(666);     
        System.out.println("(Long)555 ^ (Long)666 = " + (l1 ^ l2));     
        // 浮点型     
        float f1 = 0.8F, f2 = 0.5F;     
        // 编译报错,按位运算符不能用于浮点数类型     
        // System.out.println("(float)0.8 & (float)0.5 = " + (f1 & f2));     
    }     
}

运行结果:

(byte)10 & (byte)20 = 0
(char)a | (char)A = 97
(Long)555 ^ (Long)666 = 177

逻辑运算符的运算遵循短路形式,而按位运算符则不是。所谓短路就是一旦能够确定运算的结果,就不再进行余下的运算。下面的例子更加直观地展现了短路与非短路的区别:

public class OperatorTest {     
    public boolean leftCondition() {     
        System.out.println("执行-返回值:false;方法:leftCondition()");     
        return false;     
    }     
    
    public boolean rightCondition() {     
        System.out.println("执行-返回值:true;方法:rightCondition()");     
        return true;     
    }     
    
    public int leftNumber() {     
        System.out.println("执行-返回值:0;方法:leftNumber()");     
        return 0;     
    }     
    
    public int rightNumber() {     
        System.out.println("执行-返回值:1;方法:rightNumber()");     
        return 1;     
    }     
    
    public static void main(String[] args) {     
        OperatorTest ot = new OperatorTest();     
    
        if (ot.leftCondition() && ot.rightCondition()) {     
            // do something     
        }     
        System.out.println();     
    
        int i = ot.leftNumber() & ot.rightNumber();     
    }     
}

运行结果:

执行-返回值:false;方法:leftCondition()
执行-返回值:0;方法:leftNumber()
执行-返回值:1;方法:rightNumber()

运行结果已经很明显地显示了短路和非短路的区别,我们一起来分析一下产生这个运行结果的原因。当运行“ot.leftCondition() && ot.rightCondition()”时,由于方法leftCondition()返回了false,而对于“&&”运算来说,必须要运算符两边的值都为true时,运算结果才为true,因此这时候就可以确定,不论rightCondition()的返回值是什么,“ot.leftCondition() && ot.rightCondition()”的运算值已经可以确定是false,由于逻辑运算符是短路的形式,因此在这种情况下,rightCondition()方法就不再被运行了。
而对于“ot.leftNumber() & ot.rightNumber()”,由于“leftNumber()”的返回值是0,对于按位运算符“&”来说,必须要运算符两边的值都是1时,运算结果才是1,因此这时不管“rightNumber()”方法的返回值是多少,“ot.leftNumber() & ot.rightNumber()”的运算结果已经可以确定是0,但是由于按位运算符是非短路的,所以rightNumber()方法还是被执行了。这就是短路与非短路的区别。

移位运算符

移位运算符和按位运算符一样,同属于位运算符,因此移位运算符的位指的也是二进制位。它包括以下几种:

左移位(<<):将操作符左侧的操作数向左移动操作符右侧指定的位数。移动的规则是在二进制的低位补0。 有符号右移位(>>):将操作符左侧的操作数向右移动操作符右侧指定的位数。移动的规则是,如果被操作数的符号为正,则在二进制的高位补0;如果被操作数的符号为负,则在二进制的高位补1。
无符号右移位(>>>):将操作符左侧的操作数向右移动操作符右侧指定的位数。移动的规则是,无论被操作数的符号是正是负,都在二进制位的高位补0。

注意,移位运算符不存在“无符号左移位(<<<)”一说。与按位运算符一样,移位运算符可以用于byte、short、int、long等整数类型,和字符串类型char,但是不能用于浮点数类型float、double;当然,在Java5.0及以上版本中,移位运算符还可用于byte、short、int、long、char对应的包装器类。我们可以参照按位运算符的示例写一个测试程序来验证,这里就不再举例了。 与按位运算符不同的是,移位运算符不存在短路不短路的问题。 写到这里就不得不提及一个在面试题中经常被考到的题目: 引用 请用最有效率的方法计算出2乘以8等于几? 这里所谓的最有效率,实际上就是通过最少、最简单的运算得出想要的结果,而移位是计算机中相当基础的运算了,用它来实现准没错了。左移位“<<”把被操作数每向左移动一位,效果等同于将被操作数乘以2,而2*8=(2*2*2*2),就是把2向左移位3次。因此最有效率的计算2乘以8的方法就是“2<<3”。 最后,我们再来考虑一种情况,当要移位的位数大于被操作数对应数据类型所能表示的最大位数时,结果会是怎样呢?比如,1<<35=?呢? 这里就涉及到移位运算的另外一些规则: byte、short、char在做移位运算之前,会被自动转换为int类型,然后再进行运算。 byte、short、int、char类型的数据经过移位运算后结果都为int型。 long经过移位运算后结果为long型。 在左移位(<<)运算时,如果要移位的位数大于被操作数对应数据类型所能表示的最大位数,那么先将要求移位数对该类型所能表示的最大位数求余后,再将被操作数移位所得余数对应的数值,效果不变。比如1<<35=1<<(35%32)=1<<3=8。 对于有符号右移位(>>)运算和无符号右移位(>>>)运算,当要移位的位数大于被操作数对应数据类型所能表示的最大位数时,那么先将要求移位数对该类型所能表示的最大位数求余后,再将被操作数移位所得余数对应的数值,效果不变。。比如100>>35=100>>(35%32)=100>>3=12。

下面的测试代码验证了以上的规律:

public abstract class Test {     
    public static void main(String[] args) {     
        System.out.println("1 << 3 = " + (1 << 3));     
        System.out.println("(byte) 1 << 35 = " + ((byte) 1 << (32 + 3)));     
        System.out.println("(short) 1 << 35 = " + ((short) 1 << (32 + 3)));     
        System.out.println("(char) 1 << 35 = " + ((char) 1 << (32 + 3)));     
        System.out.println("1 << 35 = " + (1 << (32 + 3)));     
        System.out.println("1L << 67 = " + (1L << (64 + 3)));     
        // 此处需要Java5.0及以上版本支持     
        System.out.println("new Integer(1) << 3 = " + (new Integer(1) << 3));     
        System.out.println("10000 >> 3 = " + (10000 >> 3));     
        System.out.println("10000 >> 35 = " + (10000 >> (32 + 3)));     
        System.out.println("10000L >>> 67 = " + (10000L >>> (64 + 3)));     
    }     
}

运行结果:

1 << 3 = 8
(byte) 1 << 35 = 8
(short) 1 << 35 = 8
(char) 1 << 35 = 8
1 << 35 = 8
1L << 67 = 8
new Integer(1) << 3 = 8
10000 >> 3 = 1250
10000 >> 35 = 1250
10000L >>> 67 = 1250

作者:臧圩人(zangweiren)
来源:http://zangweiren.javaeye.com

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