学习-Java位运算之逻辑位运算

任务描述

本关任务：根据输入获取的位运算符和运算数完成相应运算。键盘第一次输入的值为四种位运算符的一种，类型为字符型；第二次输入的是变量 a 的值，类型为 int 型；判断第一次输入的为何种位运算符，计算变量 a 使用该运算符与常量 10 的值，如果该位运算符为 ~，则将变量 a 的值进行取反，将最后结果不换行输出，如果不属于任何一种，输出：该字符无效。

相关知识

为了完成本关任务，你需要掌握：

什么是位运算；
逻辑位运算的使用。

位运算

位运算：计算机在底层使用的是二进制补码进行运算。对应的二进制位进行操作，计算机只识别 0 和 1。位运算就是直接对整数在内存中的二进制位进行操作。

优点：巧妙的使用位运算可以大量减少运行开销，优化算法。

Java 中位运算符：只针对 int 类型的有效，Java 中，一个 int 的长度始终是 32 位，也就是 4 个字节，它操作的都是该整数的二进制数。也可作用于以下类型，即：byte，short，char，long(它们都是整数形式)。当为这四种类型时，会先把它们转换成 int 型再进行操作。

接下来我们来讲解位运算中的逻辑位运算。

逻辑位运算

逻辑位运算符有与 &、或 |、非 ~、异或 ^ 这四种。我们这里来为大家详细介绍这四种的使用。

与 & 位运算符

运算规则：全一则一，否则为零。

首先来看它在 Java 中的使用：

int a = 10;
int b = 28;
System.out.print(a&b);

执行结果：

我们发现输出结果为 8，它是怎么算出来的呢？我们之前讲到它操作的是整型的二进制数，那我们来把 a 和 b 的值转化为二进制吧。

00000000000000000000000000001010 // a值的二进制
00000000000000000000000000011100 // b值的二进制

我们之前讲到了它的使用规则为“全一则一，否则为零”。这句话该怎么理解呢？

我们来看 a 值（二进制）的最后一位和 b 值（二进制）的最后一位都是 0，规则中说全一则一，也就是这两个值都是 1 的话，它得出的结果为 1而现在它们两个值都为 0，所以它的结果就是 0；再接着看倒数第二位，a 值（二进制）和 b 值（二进制）的倒数第二位同理可得结果为 0；再接着看倒数第三位同样结果的出为零；倒数第四位它们的值都是 1，所以得出结果为 1；依次往前推，所以结果如下：

图1

我们得出 a&b 的值（二进制）为 00000000000000000000000000001000，而它的十进制形式则为 8 。

或 | 位运算符

运算规则：全零则零，否则为一。

首先来看它在 Java 中的使用：

int a = 10;
int b = 28;
System.out.print(a|b);

执行结果：

30

规则中说全零则零，也就是这两个值都是 0 的话，它得出的结果为 0，否则结果就是 1 。通过上面的 & 运算符的例子，大家对它想必都有了一定的了解了，我们直接来看吧！

图2

而 00000000000000000000000000011110 的十进制就是 30 。

非 ~ 位运算符

前面讲到的 &、| 位运算符都是双目运算符，而 ~ 位运算符只是针对一个数的。它的意思为取反。使用规则：遇一则零，遇零则一。

首先来看它在 Java 中的使用：

int a = 10;
System.out.print(~a);

执行结果：

-11

规则中说遇一则零，遇零则一，也就是如果为 1，则变为 0，如果为 0，就变为 1 。而且上面提到过 Java 中 int 型的长度为 32，所以取反时一定要想全。

图3

而 11111111111111111111111111110101 的十进制就是 -11 。

异或 ^ 位运算符

它与之前讲到的 &、| 位运算符都是针对两个数的，使用规则：相同为零，否则为一。

首先来看它在 Java 中的使用：

int a = 10;
int b = 28;
System.out.print(a^b);

执行结果：

22

规则中说相同为零，否则为一，也就是这两个值如果相同的话，它得出的结果为 0，不同的话结果就是 1 （这里同样简化为 8 位）。

图4

而 00000000000000000000000000010110 的十进制就是 22 。

编程要求

仔细阅读右侧编辑区内给出的代码框架及注释，按照提示编写程序代码。

参考答案

import java.util.Scanner;
/**
 * 任务：键盘第一次输入的值为四种位运算符的一种，类型为字符型；
 * 第二次输入的是变量 a 的值，类型为 int 型；
 * 判断第一次输入的为何种位运算符，计算变量 a 使用该运算符与常量 10 的值，
 * 如果该位运算符为 ~，则将变量 a 的值进行取反，将最后结果不换行输出。
 * 如果不属于任何一种，则输出：该字符无效
 * 类名为：BitwiseOperation
 */
public class BitwiseOperation {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner reader = new Scanner(System.in);
        // 请在下面的Begin-End之间按照注释中给出的提示编写正确的代码
        /********** Begin **********/
        // 第一步：获取键盘两次输入的值
        char c = reader.next().charAt(0);
        int a = reader.nextInt();
        // 第二步：根据输入的位运算符执行相应的运算。
        switch (c) {   
        case '&':
            System.out.print(a&10);
            break;
        case '|':
            System.out.print(a|10);
            break;
        case '~':
            System.out.print(~a);
            break;
        case '^':
            System.out.print(a^10);
            break;
        default :
            System.out.print("该字符无效");
            break;
        }
        /********** End **********/
    }
}

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