此文大部分内容来自 http://blog.csdn.net/is_zhoufeng/article/details/8112199 (感谢作者) 此文是在作者及网络基础上的总结,希望可以帮助还不了解位运算的同学
在了解位运算前,先学习一下数据类型与大小,这对我们位运算很有帮助。
Int: 4 字节
Short: 2 字节
Long: 8 字节
Byte: 1 字节
Character: 2 字节
Float: 4 字节
Double: 8 字节
System.out.println("Integer: " + Integer.SIZE / 8); // 4
System.out.println("Short: " + Short.SIZE / 8); // 2
System.out.println("Long: " + Long.SIZE / 8); // 8
System.out.println("Byte: " + Byte.SIZE / 8); // 1
System.out.println("Character: " + Character.SIZE / 8); // 2
System.out.println("Float: " + Float.SIZE / 8); // 4
System.out.println("Double: " + Double.SIZE / 8); // 8
2.再来看数据在计算机中的表示形式,因为计算机只识别二进制数据,0 与 1,如下:
我们看 int 值为 5 的机器表示:
00000000 00000000 00000000 00000101
5 转换成二进制是 101,不过 int 类型的数占用 4 字节(32 位),所以前面填了一堆 0。
3.字节的大小概念
1字节 = 8bit(即 8 个占位符)
由此我们可以看出,4 字节即 4 组 8 bit 的 0 与 1 组成4.Java 中 int 型最大数
因为计算内部处理是二进制,int 占 4 字节所以最大就是 32 个 1 的二进制数,但是,机器用最高位 0 与 1 标记正负值,所以最大就是 31 个 1 ,如下:
01111111 11111111 11111111 11111111
将上面二进制数转换成十进制后为:2147483647
一、位运算简介
Java 位运算主要有四种:与(&)、非(~)、或(|)、异或(^)
1.与(&)运算符
与运算符用符号“&”表示,其使用规律:两个操作数中位都为 1,结果才为 1,否则结果为 0,例如下面的程序段。
private static void and() {
int a = 129;
int b = 128;
System.out.println("a 和 b 与的结果是:" + (a & b));
}
【运行结果】
a 和 b 与的结果是:128
下面分析这个程序:
“a”的值是 129,转换成二进制就是 10000001,而“b”的值是 128,转换成二进制就是 10000000。根据与运算符的运算规律,只有两个位都是 1,结果才是 1,可以知道结果就是 10000000,即 128。
2.或(|)运算符
或运算符用符号“|”表示,其运算规律:两个位只要有一个为 1,那么结果就是 1,否则就为 0,下面看一个简单的例子。
private static void or() {
int a = 129;
int b = 128;
System.out.println("a 和 b 或的结果是:" + (a | b));
}
【运行结果】
a 和 b 或的结果是:129
下面分析这个程序段:
a 的值是 129,转换成二进制就是 10000001,而 b 的值是 128,转换成二进制就是 10000000,根据或运算符的运算规律,只有两个位有一个是 1,结果才是 1,可以知道结果就是 10000001,即 129。
3.非(~)运算符
非运算符用符号“~”表示,运算规律:如果位为 0,结果是 1,如果位为 1,结果是 0,下面看一个简单例子。
private static void not() {
int a = 2;
System.out.println("a 非的结果是:" + (~a));
}
【运行结果】
a 非的结果是:-3
4.异或(^)运算符
异或运算符是用符号“^”表示的,其运算规律是:两个操作数的位中,相同则结果为 0,不同则结果为 1。下面看一个简单的例子。
private static void xor() {
int a = 15;
int b = 2;
System.out.println("a 与 b 异或的结果是:" + (a ^ b));
}
【运行结果】
a 与 b 异或的结果是:13
分析上面的程序段:a 的值是15,转换成二进制为1111,而 b 的值是 2,转换成二进制为 0010,根据异或的运算规律,可以得出其结果为 1101 即 13。
二、运算符(操作符)总结
1.Java 中有以下运算符,并按优先级顺序排列。
优先级 | 运算符分类 | 结合顺序 | 运算符 |
由 高 到 低 |
分隔符 | 左结合 | . [] ( ) ; , |
一元运算符 | 右结合 | ! ++ -- - ~ | |
算术运算符 移位运算符 |
左结合 | * / % + - << >> >>> | |
关系运算符 | 左结合 | < > <= >= instanceof(Java 特有) = = != | |
逻辑运算符 | 左结合 | ! && || ~ & | ^ | |
三目运算符 | 右结合 | 布尔表达式?表达式1:表达式2 | |
赋值运算符 | 右结合 | = *= /= %= += -= <<= >>= >>>= &= *= |= |
一、一元运算符
因操作数是一个,故称为一元运算符。
运算符 | 含义 | 例子 |
- | 改变数值的符号,取反 | -x(-1*x) |
~ | 逐位取反,属于位运算符 | ~x |
++ | 自加1 | x++ |
-- | 自减1 | x-- |
++x 因为++在前,所以先加后用。
x++ 因为++在后,所以先用后加。
注意:a+ ++b 和 a+++b 是不一样的(因为有一个空格)。
int a = 10;
int b = 10;
int sum = a+ ++b;
System.out.println("a=" + a + ",b=" + b + ",sum=" + sum);
运行结果是:a=10,b=11,sum=21
int a = 10;
int b = 10;
int sum = a+++b;
System.out.println("a=" + a + ",b=" + b + ",sum=" + sum);
运行结果是:a=11,b=10,sum=20
n=10;
m=~n;
变量n的二进制数形式: 00000000 00000000 00000000 00001010
逐位取反后,等于十进制的-11: 11111111 11111111 11111111 11110101
二、算术运算符
所谓算术运算符,就是数学中的加、减、乘、除等运算。因算术运算符是运算两个操作符,故又称为二元运算符。
运算符 | 含义 | 例子 |
+ | 加法运算 | x+y |
- | 减法运算 | x-y |
* | 乘法运算 | x*y |
/ | 除法运算 | x/y |
% | 取模运算(求余运算) | x%y |
这些操作可以对不同类型的数字进行混合运算,为了保证操作的精度,系统在运算过程中会做相应的转化。数字精度的问题,我们在这里不再讨论。下图中展示了运算过程中,数据自动向上造型的原则。
注:
1、实线箭头表示没有信息丢失的转换,也就是安全性的转换,虚线的箭头表示有精度损失的转化,也就是不安全的。
2、当两个操作数类型不相同时,操作数在运算前会自动向上造型成相同的类型,再进行运算。
示例如下:
private static void binaryOperation() {
int a = 22;
int b = 5;
double c = 5;
System.out.println(b + "+" + c + "=" + (b + c));
System.out.println(b + "-" + c + "=" + (b - c));
System.out.println(b + "*" + c + "=" + (b * c));
System.out.println(a + "/" + b + "=" + (a / b));
System.out.println(a + "%" + b + "=" + (a % b));
System.out.println(a + "/" + c + "=" + (a / c));
System.out.println(a + "%" + c + "=" + (a % c));
}
【运行结果】
5+5.0=10.0
5-5.0=0.0
5*5.0=25.0
22/5=4
22%5=2
22/5.0=4.4
22%5.0=2.0
三、移位运算符
移位运算符操作的对象就是二进制的位,可以单独用移位运算符来处理int型整数。
运算符 | 含义 | 例子 |
<< | 左移运算符,将运算符左边的对象向左移动运算符右边指定的位数(在低位补0) | x<<3 |
>> | "有符号"右移运算 符,将运算符左边的对象向右移动运算符右边指定的位数。使用符号扩展机制,也就是说,如果值为正,则在高位补0,如果值为负,则在高位补1. | x>>3 |
>>> | "无符号"右移运算 符,将运算符左边的对象向右移动运算符右边指定的位数。采用0扩展机制,也就是说,无论值的正负,都在高位补0. | x>>>3 |
1.左移运算符(<<)
左移运算符是用来将一个数的二进制数位左移若干位,移动的位数由右操作数指定(右操作数必须是非负值),其右边空出的位用 0 填补,高位左移溢出则舍弃该高位。
如:5 << 2;
⑴.先将 5 转换为二进制数据为:00000000 00000000 00000000 00000101
⑵.将 101 左移 2 位后为:00000000 00000000 00000000 00010100
⑶.再将 10100 转换为 10 进制为:20
最后计算出 5 << 2 的结果为 20。
2."有符号"右移动运算符(>>)
右移运算符是用来将一个数的二进制数位右移若干位,移动的位数由右操作数指定(右操作数必须是非负值),使用符号扩展机制,也就是说,如果值为正,则在高位补 0,如果值为负,则在高位补 1。
如:5 >> 2;
⑴.先将 5 转换为二进制数据为:00000000 00000000 00000000 00000101
⑵.将 101 右移 2 位后为:00000000 00000000 00000000 00000001
⑶.再将 1 转换为 10 进制为:1
最后计算出 5 >> 2 的结果为 1。
3."无符号"右移动运算符(>>>)
右移运算符是用来将一个数的二进制数位右移若干位,移动的位数由右操作数指定(右操作数必须是非负值),采用 0 扩展机制,也就是说,无论值的正负,都在高位补 0,即最终结果为正数。
如:-5 >>> 2;
⑴.先将 -5 转换为二进制数据为:11111111 11111111 11111111 11111011
⑵.将 11111111 11111111 11111111 11111011 右移 2 位后为:00111111 11111111 11111111 11111110
⑶.再将 00111111 11111111 11111111 11111110 转换为 10 进制为:1073741822
最后计算出 -5 >>> 2 的结果为 11073741822。
注:
x<<y 相当于 x*2y ;x>>y相当于x/2y
从计算速度上讲,移位运算要比算术运算快。
如果 x 是负数,那么 x>>>3 没有什么算术意义,只有逻辑意义。
四、关系运算符
Java 具有完备的关系运算符,这些关系运算符同数学中的关系运算符是一致的。具体说明如下:
运算符 | 含义 | 例子 |
< | 小于 | x<y |
> | 大于 | x>y |
<= | 小于等于 | x<=y |
>= | 大于等于 | x>=y |
== | 等于 | x==y |
!= | 不等于 | x!=y |
instanceof 操作符用于判断一个引用类型所引用的对象是否是一个类的实例。操作符左边的操作元是一个引用类型,右边的操作元是一个类名或者接口,形式如下:
obj instanceof ClassName 或者 obj instanceof InterfaceName
private static void inOf() {
String s = "I AM an Object!";
boolean isObject = s instanceof Object;
System.out.println(isObject);
}
【运行结果】
true
关系运算符产生的结果都是布尔型的值,一般情况下,在逻辑与控制中会经常使用关系运算符,用于选择控制的分支,实现逻辑要求。
需要注意的是:关系运算符中的"=="和"!="既可以操作基本数据类型,也可以操作引用数据类型。操作引用数据类型时,比较的是引用的内存地址。所以在比较非基本数据类型时,应该使用 equals 方法。
五、逻辑运算符
逻辑非关系值表
A | !A |
true | false |
false |
true |
逻辑与关系值表
A | B | A&&B |
false | false | false |
true | false | false |
false | true | false |
true | true | true |
逻辑或关系值表
A | B | A||B |
false | false | false |
true | false | true |
false | true | true |
true | true | true |
在运用逻辑运算符进行相关的操作,就不得不说“短路”现象。代码如下:
if (1 == 1 && 1 == 2 && 1 == 3) {
}
代码从左至右执行,执行第一个逻辑表达式后:true && 1==2 && 1==3
执行第二个逻辑表达式后:true && false && 1==3
因为其中有一个表达式的值是 false,可以判定整个表达式的值是 false,就没有必要执行第三个表达式了,所以 java 虚拟机不执行 1==3 代码,就好像被短路掉了。
逻辑或也存在“短路”现象,当执行到有一个表达式的值为 true 时,整个表达式的值就为 true,后面的代码就不执行了。
“短路”现象在多重判断和逻辑处理中非常有用。我们经常这样使用:
public void a(String str) {
if (str != null && str.trim().length() > 0) {
}
}
如果 str 为 null,那么执行 str.trim().length() 就会报错,短路现象保证了我们的代码能够正确执行。
在书写布尔表达式时,首先处理主要条件,如果主要条件已经不满足,其他条件也就失去了处理的意义。也提高了代码的执行效率。
位运算是对整数的二进制位进行相关操作,详细运算如下:
非位运算值表
A | ~A |
1 | 0 |
0 |
1 |
与位运算值表
A | B | A&B |
1 | 1 | 1 |
1 | 0 | 0 |
0 | 1 | 0 |
0 | 0 | 0 |
或位运算值表
A | B | A | B |
1 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
0 | 1 | 1 |
0 | 0 | 0 |
异或位运算值表
A | B | A&B |
1 | 1 | 0 |
1 | 0 | 1 |
0 | 1 | 1 |
0 | 0 | 0 |
示例如下:
private static void test01() {
int a = 15;
int b = 2;
System.out.println(a + "&" + b + "=" + (a & b));
System.out.println(a + "|" + b + "=" + (a | b));
System.out.println(a + "^" + b + "=" + (a ^ b));
}
【运行结果】
15&2=2
15|2=15
15^2=13
程序分析:
a | 1 | 1 | 1 | 1 | 15 |
b | 0 | 0 | 1 | 0 | 2 |
a&b | 0 | 0 | 1 | 0 | 2 |
a|b | 1 | 1 | 1 | 1 | 15 |
a^b | 1 | 1 | 0 | 1 | 13 |
按位运算属于计算机低级的运算,现在我们也不频繁的进行这样的低级运算了。
六、三目运算符
三目运算符是一个特殊的运算符,它的语法形式如下:
布尔表达式?表达式1:表达式2
运算过程:如果布尔表达式的值为 true,就返回表达式 1 的值,否则返回表达式 2 的值,例如:
int sum = 90;
String str = sum < 100 ? "失败" : "成功";
等价于下列代码:
String str = null;
if (num < 100) {
str = "失败";
} else {
str = "成功";
}
三目运算符和 if……else 语句相比,前者使程序代码更加简洁。
七、赋值运算符
赋值运算符是程序中最常用的运算符了,示例如下:
运算符 | 例子 | 含义 |
+= | x+=y | x=x+y |
-= | x-=y | x=x-y |
*= | x*=y | x=x*y |
/= | x/=y | x=x/y |
%= | x%=y | x=x%y |
>>= | x>>=y | x=x>>y |
>>>= | a>>>=y | x=x>>>y |
<<= | a<<=y | x=x<<y |
&= | x&=y | x=x&y |
|= | x|=y | x=x|y |
^= | x^=y | x=x^y |
大家可以根据自己的喜好选择合适的运算符。
补充:
字符串运算符:+ 可以连接不同的字符串。
转型运算符:() 可以将一种类型的数据或对象,强制转变成另一种类型。如果类型不相容,会报异常出来。