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;
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--;
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++);
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++;
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++;
- }
- }
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。
[list=1]
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));
- }
- }
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
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();
- }
- }
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。
[/list]
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：
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)));
- }
- }
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
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