Java进阶篇:位运算

程序中的所有数在计算机内存中都是以二进制的形式存储的。位运算就是直接对整数在内存中的二进制位进行操作。比如,and运算本来是一个逻辑运算符,但整数与整数之间也可以进行and运算。举个例子,6的二进制是110,11的二进制是1011,那么6 and 11的结果就是2,它是二进制对应位进行逻辑运算的结果(0表示False,1表示True,空位都当0处理)。

    0110
AND 1011
---------------
    0010 --> 2

下面我们来看看位运算的用处

一、运算说明

1. and运算 & 

说明:相同位的两个数字都为1,则为1;若有一个不为1,则为0。同真为真,一假为假。

and运算通常用于二进制的取位操作,例如一个数 and 1的结果就是取二进制的最末位。这可以用来判断一个整数的奇偶,二进制的最末位为0表示该数为偶数,最末位为1表示该数为奇数。

                00101
(&;或者and)   11100
            ----------------
                00100

2. or运算 |

说明:相同位只要一个为1即为1。有真为真,全假为假。

or运算通常用于二进制特定位上的无条件赋值,例如一个数or 1的结果就是把二进制最末位强行变成1。如果需要把二进制最末位变成0,对这个数or 1之后再减一就可以了,其实际意义就是把这个数强行变成最接近的偶数。

            00101
(|或者or)  11100
       ----------------
            11101

3. xor运算 ^

说明:相同位不同则为1,相同则为0。异或从字面就很好理解,不同为真,相同为假。

异或的符号是^。按位异或运算,对等长二进制模式按位或二进制数的每一位执行逻辑按位异或操作。操作的结果是如果某位不同则该位为1, 否则该位为0。

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xor运算的逆运算是它本身,也就是说两次异或同一个数最后结果不变,即(a xor b) xor b = a。xor运算可以用于简单的加密,比如我想对我MM说1314520,但怕别人知道,于是双方约定拿我的生日19880516作为密钥。1314520 xor 19880516 = 20665500,我就把20665500告诉MM。MM再次计算20665500 xor 19880516的值,得到1314520。

           00101
(^或者xor)11100
    ----------------
           11001

4. not运算 ~ 

说明:取反,1变0,0变1。

(~或者not) 00110
    ----------------
           11001 

5. 左移运算  <<

说明:参加运算的数,换算为二进制(01)后,进行左移运算,用来将一个数各二进制位全部向左移动若干位,其余位补0。

左移的意义在于对数进行2^n的乘法运算。

10 << 2 ;

0000 0000 0000 1010
--------------------
0000 0000 0010 1000

所以:10 << 2 = 0000 0000 0010 1000 = 40 = 10*2^2。

6. 右移运算 >>

说明:参加运算的数,换算为二进制(01)后,进行右移运算,用来将一个数各二进制位全部向右移动若干位,其余位补0。

和左移一样,右移的意义在于对数进行2^n的除法运算。

10 >> 2 ;

0000 0000 0000 1010
--------------------
0000 0000 0000 0010

所以:10 >> 2 = 0000 0000 0000 0010 = 2 = 10/2^2。注意:除了以后没有小数位的,都是取整。

合理运用位运算可以提高程序效率。因为高级的加减乘除运算在底层都是靠位运算实现的。

说到运算顺便复习Java的运算符

二、Java 的运算符

Java运算符很多,下面按优先顺序列出了各种运算符。

优先级 运算符分类 结合顺序 运算符

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 =  *=     /=  %=   +=   -=    <<= >>= >>>=  &=  *=  |=

1. 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)。

2. 算术运算符

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,我们在这里不讨论。

3. 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

4. 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

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。

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。

但是如果是下面这段代码就会全部判断执行。

if(1==1 & 1==2 & 1==3){  }

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。

6. 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。

7. 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
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