【Java】位操作符


位运算符

java支持的位运算符有7个,分为两类:位逻辑运算和移位运算。位逻辑运算符包括按位取反(~)、按位与(&)、按位或(|)和按位异或(^)4种,。移位运算符包括左移(<<)、右移(>>)和无符号右移(>>>)3种。位运算符只能用于整型数据,包括byte、short、int、long和char类型。下表列出了各种位运算符的功能与示例。假设a = 10, b = 3。

~运算符是对运算数的每一位按位取反。

下表列出了位运算符的基本运算,假设整数变量A的值为60和变量B的值为13:

操作符描述例子
&如果相对应位都是1,则结果为1,否则为0A & B得到12,即0000 1100
|如果相对应位都是0,则结果为0,否则为1A | B得到61,即 0011 1101
^如果相对应位值相同,则结果为0,否则为1A ^ B得到49,即 0011 0001
~按位取反运算符翻转操作数的每一位,即0变成1,1变成0。~A得到-61,即1100 0011
<<按位左移运算符。左操作数按位左移右操作数指定的位数。
(低位补零)
A << 2得到240,即 1111 0000
>>“有符号”按位右移运算符。左操作数按位右移右操作数指定的位数。
该操作符使用 “符号扩展”:若符号为正,则高位插入 0;若符号为负,则高位插入 1。
A >> 2得到15即 1111
>>>“无符号”按位右移补零操作符。左操作数的值按右操作数指定的位数右移,移动得到的空位以零填充。
该操作符使用 “零扩展”,无论正负,都在高位插入 0。
A>>>2得到15即0000 1111

按位操作符

按位操作符用来操作整数的二进制位,会对两个参数中对应的位执行布尔代数运算,并最终生成一个结果。

与操作符 “&”,如果两个输入位都是 1,那么输出位是 1,否则输入位是 0;
或操作符 “|” ,如果两个输入位有一个是 1,那么输出位是 1,只有两个输入位都是 0,输出位才是 0;
异或运算符 “^”,如果两个输入位都为 1 或者都为 0,那么输出位是 0,否则输出位是 1。
非运算符 “~”,这个一元操作符,只能对一个数操作,规则是输出位与输入位相反。

//转化为二进制:0101
int num1 = 5;
//转化为二进制:1001
int num2 = 9;
//与运算,二进制结果为 0001,打印结果为 1
System.out.println(num1 & num2);
//或运算,二进制结果为 1101,打印结果为 13
System.out.println(num1 | num2);
//异或运算,二进制结果为 1100,打印结果为 12
System.out.println(num1 ^ num2);
//非运算,二进制结果为 11111111111111111111111111111010,打印结果 -6
System.out.println(Integer.toBinaryString(~num1));

好吧,进哥承认,我看到那个 -6 也蒙了那么一下,所以整理了以下内容。

补充

数字的二进制表现形式为 “有符号的二进制补码”。
原码:数字的二进制表示法,最高位为符号位, “ 0 ” 为正,“ 1 ” 为负。
反码:正数的反码与原码相同,负数的反码对原码逐位取反,符号位除外。
补码:正数的补码与原码相同,负数的补码在其反码末位加 1。
负数的二进制算法(以 -6 为例):
1)将 -6 的绝对值转化为二进制,即:00000000 00000000 00000000 00000110
2)求该二进制数的反码,即:11111111 11111111 11111111 11111001
3)对以上求得的二进制数加 1,即:11111111 11111111 11111111 11111010

移位操作符

移位操作符的运算对象也是二进制的 “位”,但是只能用来处理整数类型。

  • 左移位操作符 “<<” 按照操作符右侧指定的位数将操作符左边的操作数向左移动(低位补零);

  • “有符号”右移位操作符 “>>” 按照操作符右侧指定的位数将操作符左边的操作数向右移动。该操作符使用 “符号扩展”:若符号为正,则高位插入 0;若符号为负,则高位插入 1。

  • “无符号”右移位操作符 “>>>”,该操作符使用 “零扩展”,无论正负,都在高位插入 0。

//二进制 1111;
int i = 15;
//向右边移动两位,二进制结果为 0011,打印结果为 3
System.out.println(i >> 2);
//向左边移动两位,二进制结果为 111100,打印结果为 60
System.out.println(i << 2);

移位操作符可以与等号组合使用(<<= 或 >>= 或 >>>=),表示操作符左边的值会移动由右边数值指定的位数,再将得到的结果赋给左边的变量。

Java运算符

Java运算符按功能可分为:算数运算符、关系运算符、逻辑运算符、位运算符、赋值运算符和条件运算符。

算数运算符

算术运算符包括通常的加(+)、减(-)、乘(*)、除(/)、取模(%),完成整数型和浮点型数据的算术运算。

许多语言中的取模运算只能用于整数型,Java对此做了扩展,它允许对浮点数进行取模操作。例如,3%2 的结果是 1, 15.2%5 的结果是 0.2。取模操作还可以用于负数,结果的符号与第一个操作数的符号相同,例如,5%-3 的结果是 2,-5%3 的结果是-2。

此外,算术运算符还有“++”和“--”两种,分别称为加1和减1运算符。这两种运算符有前缀形式和后缀形式,含有有所不同。例如,i++ 和 ++i 的执行顺序是不一样的,i++ 在 i 使用之后再 +1,++i 在 i 使用之前先 +1。i-- 和 --i 的情况于此类似。

例子:

int i = 1;
System.out.println(i++); //i++,使用之后+1,此处输出1

int i = 1;
System.out.println(++i); //++i,先+1再使用,此处输出2

int i = 1;
System.out.println(i--); //i--,使用之后-1,此处输出1

int i = 1;
System.out.println(--i); //--i,先-1再使用,此处输出0

关系运算符

关系运算符用来比较两个值,包括大于(>)、小于(<)、大于等于(>=)、小于等于(<=)、等于(==)和不等于(!=)6种。关系运算符都是二元运算符,也就是每个运算符都带有两个操作数,运算的结果是一个逻辑值。Java允许“==”和“!=”两种运算符用于任何数据类型。例如,既可以判断两个数的值是否相等,也可以判断对象或数组的实例是否相等。判断实例时比较的是两个对象在内存中的引用地址是否相等。

逻辑运算符

逻辑运算符包括逻辑与(&&)、逻辑或(||)和逻辑非(!)。前两个是二元运算符,后一个是一元运算符。Java对逻辑与和逻辑或提供“短路”功能,也就是在进行运算时,先计算运算符左侧的表达式的值,如果使用该值能得到整个表达式的值,则跳过运算符右侧表达式的计算,否则计算运算符右侧表达式,并得到整个表达式的值。

//逻辑与&&,有一个表达式的结果是false,整体就返回false
String str = null;
if(str != null && str.length0 > 2) {
      // str是null, &&左侧的表达式的结果是false,不会计算&&右侧的表达式,直接整体返回false
}

str= "abc";
if(str != null && str.length0> 5) {
      // &&左侧的表达式的结果是true,会接着计算&&右侧的表达式,右侧表达式的值是false,整个if中的表达式的结果就返回false
}

//逻辑或||,有一个表达式的结果是true,整体就返回true
str= "qq";
if(str == null II str.length0== 2) {
      // ||左侧的表达式的结果是false,会接着计算||右侧的表达式,右侧结果是true, 则整体返回true
}
if(str != null II str.ength0 == 2) {
      // ||左侧的表达式的结果是true, 不会计算||右侧的表达式, 直接整体返回true
}

//逻辑非!,表达式结果是true,就返回false; 表达式结果是false,就返回true
boolean flag = true;
System.out.printIn(!flag); //输出false
flag = false;
System.out.printn(!flag); //输出true

位运算符

位运算符用来对二进制位进行操作,包括按位取反(~)、按位与(&)、按位或(|)、异或(^)、右移(>>)、左移(<<)和无符号右移(>>>)。位运算符只能对整数型和字符型数据进行操作。

1. 取反(~)

参加运算的一个数据,按二进制位进行“取反”运算。

运算规则:~1=0; ~0=1;

即:对一个二进制数按位取反,即将0变1,1变0。

2. 按位与(&)

参加运算的两个数据,按二进制位进行“与”运算。

运算规则:0&0=0; 0&1=0; 1&0=0; 1&1=1;即:两位同时为“1,结果才为“1,否则为0。

例如:3&5 即 0000 0011 & 0000 0101 = 0000 0001 因此,3 & 5的值得1。

3. 按位或(|)

参加运算的两个对象,按二进制位进行“或”运算。

运算规则:0 | 0=0; 0 | 1=1; 1 | 0=1; 1 | 1=1;

即 :参加运算的两个对象只要有一个为1,其值为1。

例如:3 | 5,即 0000 0011 | 0000 0101 = 0000 0111 因此,3 | 5的值得7。

4. 异或(^)

参加运算的两个数据,按二进制位进行“异或”运算。

运算规则:0^0=0; 0^1=1; 1^0=1; 1^1=0;

即:参加运算的两个对象,如果两个相应位为“异”(值不同),则该位结果为1,否则为0。

5. 左移(<<)

运算规则:按二进制形式把所有的数字向左移动对应的位数,高位移出(舍弃),低位的空位补零。例如: 12345 << 1,则是将数字12345左移1位:

位移后十进制数值变成:24690,刚好是12345的二倍,所以有些人会用左位移运算符代替乘2的操作,但是这并不代表是真的就是乘以2,很多时候,我们可以这样使用,但是一定要知道,位移运算符很多时候可以代替乘2操作,但是这个并不代表两者是一样的。

思考一下:如果任意一个十进制的数左位移32位,右边补位32个0,十进制岂不是都是0了?当然不是!!! 当int 类型的数据进行左移的时候,当左移的位数大于等于32位的时候,位数会先求余数,然后再进行左移,也就是说,如果真的左移32位 12345 << 32 的时候,会先进行位数求余数,即为 12345<<(32%32) 相当于 12345<< 0 ,所以12345<< 33 的值和12345<<1 是一样的,都是 24690。

6. 右移(>>)

同样,还是以12345这个数值为例,12345右移1位: 12345>>1。

右移后得到的值为 6172 和int 类型的数据12345除以2取整所得的值一样,所以有些时候也会被用来替代除2操作。另外,对于超过32位的位移,和左移运算符一样,,会先进行位数求余数。

7. 无符号右移(>>>)

无符号右移运算符和右移运算符是一样的,不过无符号右移运算符在右移的时候是补0的,而右移运算符是补符号位的。以下是-12345二进制表示:

对于源码、反码、补码不熟悉的同学,请自行学习,这里就不再进行补充了讲解了,这里提醒一下,在右移运算符中,右移后补0,是由于正数 12345 符号位为0 ,如果为1,则应补1。

1、原码、反码和补码说明:一个数可以分成符号位(0正1负)+ 真值,原码是我们正常想法写出来的二进制。由于计算机只能做加法,负数用单纯的二进制原码书写会出错,于是大家发明了反码(正数不变,负数符号位不变,真值部分取反);再后来由于+0, -0的争端,于是改进反码,变成补码(正数不变,负数符号位不变,真值部分取反,然后+1)。二进制前面的0都可以省略,所以总结来说:计算机里的负数都是用补码(符号位1,真值部分取反+1)表示的。2、位运算符和2的关系位运算符和乘2、除2在大多数时候是很相似的,可以进行替代,同时效率也会高的多,但是两者切记不能混淆 ;很多时候有人会把两者的概念混淆,尤其是数据刚好是 2、4、6、8、100等偶数的时候,看起来就更相似了,但是对于奇数,如本文使用的12345 ,右移之后结果为6172 ,这个结果就和数学意义上的除以2不同了,不过对于int 类型的数据,除2 会对结果进行取整,所以结果也是6172 ,这就更有迷惑性了。

赋值运算符

赋值运算符的作用就是将常量、变量或表达式的值赋给某一个变量。

运算符运算范例结果
=赋值a=3;b=2;a=3;b=2;
+=加等于a=3;b=2;a+=b;a=5;b=2;
-=减等于a=3;b=2;a-=b;a=1;b=2;
*=乘等于a=3;b=2;a*=b;a=6;b=2;
/=除等于a=3;b=2;a/=b;a=1;b=2;
%=模等于a=3;b=2;a%=b;a=3;b=2;

除了“=”,其它的都是特殊的赋值运算符,以“+=”为例,x += 3就相当于x = x + 3,首先会进行加法运算x+3,再将运算结果赋值给变量x。-=、*=、/=、%=赋值运算符都可依此类推。

条件运算符

条件运算符( ? : )也称为 “三元运算符”或“三目运算符”。

语法形式: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 ,则返回 表达式1的值,否则返回 表达式2 的值。

运算符的优先次序

在对一个表达式进行计算时,如果表达式中含有多种运算符,则要安运算符的优先次序一次从高向低进行。运算符的优先次序如下:

优先级运算符简介结合性
1[]、.、()方法调用,属性获取从左向右
2!、~、++、--一元运算符从右向左
3*、/、%乘、除、取模(余数)从左向右
4+、-加、减从左向右
5<<、>>、>>>左位移、右位移、无符号右位移从左向右
6<、<=、>、>=、instanceof小于、小于等于、大于、大于等于
对象类型判断是否属于同类型
从左向右
7==、!=相等、不相等从左向右
8&按位与从左向右
9^按位异或从左向右
10|按位或从左向右
11&&逻辑与从左向右
12||逻辑或从左向右
13?条件运算符从右向左
14=、+=、-=、*=、/=、%=、&=、|=、^=、>>=混合赋值运算符从右向左
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