java基礎(二) 自增自減與貪心規則


引言

  JDK中提供了自增運算符++,自減運算符--。這兩個操作符各有兩種使用方式:前綴式(++ a,--a),后綴式(a++,a--)。可能說到這里,說不得有讀者就會吐槽說,前后綴式都挺簡單的,前綴式不就是先進行+1(或-1),然后再使用該值參與運算嘛,后綴式則相反。有必要長篇大論嗎?
  前后綴式的區別確實是這樣,最起碼表面上理解起來是這樣,但是更深入的理解就不是這么簡單了,甚至嚴重影響到你的程序的正確性。不信,接下去看吧!

1. 前綴式 與 后綴式的真正區別

  在Java中,運算是從左往右計算的,並且按照運算符的優先級,逐一計算出表達式的值,並用這個值參與下一個表達式的運算,如:1+2+3,其實是先計算出1+2表達式的值為3,再參與下一個表達式的運算(1+2)+3,即3+3。再如判斷if(a+2==3)。如此類推。

  a++是一個表達式 ,那么a++就會有一個表達式的計算結果,這個計算結果就是a的舊值(加1前的值)。相對的,++a表達式的計算結果a加1后的值。所以,自增的前綴形式與后綴形式的本質區別是:表達式的值(運算結果) 是加1前的變量的值還是加1后的變量的值(自減也是如此)。並不是先加1 與 后加1的區別,或者說,前后綴形式都是先加1(減1)的,才得到表達式的值,再參與下一步運算。因為這是一個表達式,必須先計算完表達式的運算,最后才會得到表達式的值

我們來看一個面試經常遇到的問題:

int a = 5;
a = a++;
//此時a的值是多少?

  有猜到a的值嗎?我們用上面所學到的分析一下:a=a++可以理解成以下幾個步驟:

1> 計算a自加1,即 a=a+1

2> 計算表達式的值,因為這是后綴形式,所以a++表達式的值就是加1前a的值(值為5);

3> 將表達式的值賦值給a,即a=5

所以最后a的值是5。

同理,如果改成a = ++a;,則a的值是6。這是因為++a表達式的值是加1后的a,即為6。

2. 自增自減是包含兩個兩個操作,不是線程安全的

  自增、自減運算符本質上不是一個計算操作,而是兩個計算操作。以a++為例,這個運算將會編譯器解析成:a=a+1,即包含兩個單目運算符(+、=),一個單目運算符的計算操作可以看作是一個原子性操作。a++的步驟可以描述成 :1> 先取a加1,將結果存儲在臨時空間;2>將結果賦給a。所以,自增自減運算符包含兩個操作:一個加1(減1)的操作和一個賦值的操作

  這個原理好像對我的編程沒有用吧?不是的,在單線程的環境下,你可以不管這個細節。但在多線程的情況下,你就得時刻牢記這個細節了。要知道,自增自減不是原子性操作,也就是說不是線程安全的運算。因此,在多線程下,如果你要對共享變量實現自增自減操作,就要加鎖,或者使用JDK提供的原子操作類(如AtomincIntegerAtomicLong等)提供的原子性自增自減方。

來看個例子,驗證一下。下面的例子提供三個靜態變量(一個是原子操作類),創建了10個線程,每個線程都對這三個變量以不同的方式進行加1操作,並循環1000次。

public class MyTest {
	static int a = 0;
	static int b = 0;
	//原子性操作類
	static AtomicInteger atomicInt = new AtomicInteger(0);

	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		
		for (int i = 0; i < 10; i++) {//創建10個線程
			Thread t = new Thread() {

				@Override
				public void run() {
					for (int j = 0; j < 1000; j++) {//計算1000次
						a = a + 1;
						b++;
						atomicInt.incrementAndGet();//自增的原子性方法
					}
				}
			};
			t.start();
		}

		// 判斷當前的活動線程是不是只有main線程,以確保10個計算線程執行完成。
		while (Thread.activeCount() > 1) {
			Thread.sleep(1000);
		}
		System.out.println("a=a+1在多線程下的結果是:" + a);
		System.out.println("b++在多線程下的結果是:" + b);
		System.out.println("原子操作類AtomicInteger在多線程下的結果是:" + atomicInt.get());

	}
}

運行結果:

a=a+1在多線程下的結果是:8883

b++在多線程下的結果是:8974

原子操作類AtomicInteger在多線程下的結果是:10000

  從運行的結果可以看出,a=a+1b++不是線程安全的,沒有計算出正確的結果10000。也就是說這兩個表達式都不是原子性操作。事實上,它們都包含了兩個計算操作。

3. 由 a+++b 表達式引起的思考

  看到這個表達式,真的很讓人疑惑:編譯器是怎么解析的,是解析成

a++ + b

還是

a+ ++b

真糾結,干脆直接在編譯器上跑一趟,看看結果吧!

	int a = 5;
	int b = 5;
	int c=a+++b;
	System.out.println("a的值是: "+a);
	System.out.println("b的值是: "+b);

運行結果:

a的值是: 6
b的值是: 5

  從結果可以確認,a+++b 其實是解析成了 a++ +b,為什么要這樣結合呢?其實有兩點原因:

  • Java中的運算是從左往右進行的;
  • java編譯器有一種規則——貪心規則也就是說,編譯器會盡可能多地結合有效的符號。

那么,a+++b這樣的結合方式就可以解釋了

但是這種結合是:盡可能多的結合,而不管這樣的結合是否合法。如:

a--b

會被編譯器解析成

a-- b

盡管這是不合法,但編譯器還是這樣處理了,這就導致編譯不通過,產生編譯錯誤。

編譯器為什么要采用貪心規則呢?

  從上面的分析來看,貪心規則在編程中也不好利用。那么,貪心規則的主要目的是為了什么?
  貪心規則的主要目的就是為了分析String字符串,看看下面的例子就會明白:

	String s = "\17";
	System.out.println("\\17 轉義字符的值是:"+s+"  長度是:"+s.length());
	
	s = "\171";
	System.out.println("\\171 轉義字符的值是:"+s+"  長度是:"+s.length());
	
	s = "\1717";
	System.out.println("\\1717 轉義字符的值是:"+s+"  長度是:"+s.length());
	
	s = "\17178";
	System.out.println("\\17178 轉義字符的值是:"+s+"  長度是:"+s.length());

運行結果:

\17 轉義字符的值是:   長度是:1

\171 轉義字符的值是:y   長度是:1

\1717 轉義字符的值是:y7   長度是:2

\17178 轉義字符的值是:y78   長度是:3

  “\17” 經轉義得到一個特殊字符 “” 。而“\171” 轉義后也得到一個字符 “y”。但 “\1717”、“\17178” 得到的字符串大於1,不再是一個字符,分別是 “y7”、“y78”。

  也就是說,“\1717” 字符串只轉義了“\171” 部分,再鏈接 “7” 部分。“\17178” 字符串只轉義了 “\171” 部分,再連接 “78”。

  那為什么 “\171” 為什么不轉義 ”\17“ 部分,再鏈接 ”1“ 呢,而是作為一個整體進行轉義的字符串呢?

  這就是 ”貪心規則“ 所決定的。八進制的轉義字符的取值范圍是 \0~\377。所以解析 ”\171“ 字符串時,編譯器盡可能多地結合字符成一個轉移字符,”\171“ 還在取值范圍內,所以就是一個字符。但 ”\1718” 字符串,最多結合前4個字符成一個有效的轉義字符 “\171”,而“\1717” 已經超出取值范圍,不是有效字符,所以最后解析成 “\171” + "7" 的結果。“17178” 也是如此。

總結:

  • 編譯器在分析字符時,會盡可能多地結合成有效字符,但有可能會出現語法錯誤。
  • 貪心規則是有用的,特別編譯器是對轉義字符的處理。


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