Java的位運算符詳解實例——與(&)、非(~)、或(|)、異或(^)


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位運算符主要針對二進制,它包括了:“與”、“非”、“或”、“異或”。從表面上看似乎有點像邏輯運算符,但邏輯運算符是針對兩個關系運算符來進行邏輯運算,而位運算符主要針對兩個二進制數的位進行邏輯運算。下面詳細介紹每個位運算符。

 


1.與運算符
與運算符用符號“&”表示,其使用規律如下:
兩個操作數中位都為1,結果才為1,否則結果為0,例如下面的程序段。
public class data13
{
public static void main(String[] args)
{
int a=129;
int b=128;
System.out.println("a 和b 與的結果是:"+(a&b));
}
}
運行結果
a 和b 與的結果是:128
下面分析這個程序:
“a”的值是129,轉換成二進制就是10000001,而“b”的值是128,轉換成二進制就是10000000。根據與運算符的運算規律,只有兩個位都是1,結果才是1,可以知道結果就是10000000,即128。

 


2.或運算符
或運算符用符號“|”表示,其運算規律如下:
兩個位只要有一個為1,那么結果就是1,否則就為0,下面看一個簡單的例子。
public class data14
{
public static void main(String[] args)
{
int a=129;
int b=128;
System.out.println("a 和b 或的結果是:"+(a|b));
}
}
運行結果
a 和b 或的結果是:129
下面分析這個程序段:
a 的值是129,轉換成二進制就是10000001,而b 的值是128,轉換成二進制就是10000000,根據或運算符的運算規律,只有兩個位有一個是1,結果才是1,可以知道結果就是10000001,即129。

 


3.非運算符
非運算符用符號“~”表示,其運算規律如下:

如果位為0,結果是1,如果位為1,結果是0,下面看一個簡單例子。
public class data15
{
public static void main(String[] args)
{
int a=2;
System.out.println("a 非的結果是:"+(~a));
}
}

 


4.異或運算符
異或運算符是用符號“^”表示的,其運算規律是:
兩個操作數的位中,相同則結果為0,不同則結果為1。下面看一個簡單的例子。
public class data16
{
public static void main(String[] args)
{
int a=15;
int b=2;
System.out.println("a 與 b 異或的結果是:"+(a^b));
}
}
運行結果
a 與 b 異或的結果是:13
分析上面的程序段:a 的值是15,轉換成二進制為1111,而b 的值是2,轉換成二進制為0010,根據異或的運算規律,可以得出其結果為1101 即13。

 

Java中的運算符(操作符)

    程序的基本功能是處理數據,任何編程語言都有自己的運算符。因為有了運算符,程序員才寫出表達式,實現各種運算操作,實現各種邏輯要求。

   為實現邏輯和運算要求,編程語言設置了各種不同的運算符,且有優先級順序,所以有的初學者使用復雜表達式的時候搞不清楚。這里詳細介紹一下Java中的運算符。

    Java運算符很多,下面按優先順序列出了各種運算符。

 

 

優先級 運算符分類 結合順序 運算符

分隔符 左結合 .    []     ( )     ;      ,
一元運算符 右結合 !  ++     --     -   ~

算術運算符

移位運算符

左結合 *     /      %    +     -      <<   >>   >>>
關系運算符 左結合 <     >     <=   >=   instanceof(Java 特有)   = =  !=
邏輯運算符 左結合 ! &&  ||  ~  &  |  ^ 
三目運算符 右結合 布爾表達式?表達式1:表達式2
賦值運算符 右結合 =  *=     /=  %=   +=   -=    <<= >>= >>>=  &=  *=  |=

 

一、一元運算符

    因操作數是一個,故稱為一元運算符。

運算符 含義 例子
- 改變數值的符號,取反 -x(-1*x)
~ 逐位取反,屬於位運算符 ~x
++ 自加1 x++
-- 自減1 x--

++x 因為++在前,所以先加后用。
x++ 因為++在后,所以先用后加。

注意:a+ ++b和a+++b是不一樣的(因為有一個空格)。

  int a=10;
  int b=10;
  int sum=a+ ++b;
  System.out.println("a="+a+",b="+b+",sum="+sum);
運行結果是: a=10,b=11,sum=21

  int a=10;
  int b=10;
  int sum=a+++b;
  System.out.println("a="+a+",b="+b+",sum="+sum);
運行結果是:a=11,b=10,sum=20

n=10;
m=~n;
變量n的二進制數形式:                 00000000 00000000 00000000 00001010
逐位取反后,等於十進制的-11: 11111111 11111111 11111111 11110101 

二、算術運算符

    所謂算術運算符,就是數學中的加、減、乘、除等運算。因算術運算符是運算兩個操作符,故又稱為二元運算符。

運算符 含義 例子
+ 加法運算 x+y
- 減法運算 x-y
* 乘法運算 x*y
/ 除法運算 x/y
% 取模運算(求余運算) x%y

    這些操作可以對不同類型的數字進行混合運算,為了保證操作的精度,系統在運算過程中會做相應的轉化。數字精度的問題,我們在這里不再討論。下圖中展示了運算過程中,數據自動向上造型的原則。

 

 

    注:1、實線箭頭表示沒有信息丟失的轉換,也就是安全性的轉換,虛線的箭頭表示有精度損失的轉化,也就是不安全的。
      2、當兩個操作數類型不相同時,操作數在運算前會子松向上造型成相同的類型,再進行運算。

示例如下:

 

[java]  view plain copy
  1. int a=22;  
  2. int b=5;  
  3. double c=5;  
  4.   
  5. System.out.println(b+"+"+c+"="+(b+c));  
  6. System.out.println(b+"-"+c+"="+(b-c));  
  7. System.out.println(b+"*"+c+"="+(b*c));  
  8. System.out.println(a+"/"+b+"="+(a/b));  
  9. System.out.println(a+"%"+b+"="+(a%b));  
  10. System.out.println(a+"/"+c+"="+(a/c));  
  11. System.out.println(a+"%"+c+"="+(a%c));  

運行結果如下:

5+5.0=10.0
5-5.0=0.0
5*5.0=25.0
22/5=4
22%5=2
22/5.0=4.4
22%5.0=2.0

三、移位運算符

   移位運算符操作的對象就是二進制的位,可以單獨用移位運算符來處理int型整數。

運算符 含義 例子
<< 左移運算符,將運算符左邊的對象向左移動運算符右邊指定的位數(在低位補0) x<<3
>> "有符號"右移運算 符,將運算符左邊的對象向右移動運算符右邊指定的位數。使用符號擴展機制,也就是說,如果值為正,則在高位補0,如果值為負,則在高位補1. x>>3
>>> "無符號"右移運算 符,將運算符左邊的對象向右移動運算符右邊指定的位數。采用0擴展機制,也就是說,無論值的正負,都在高位補0. x>>>3

 

 

 

以int類型的6297為例,代碼如下:

[java]  view plain copy
  1. System.out.println(Integer.toBinaryString(6297));   
  2. System.out.println(Integer.toBinaryString(-6297));   
  3. System.out.println(Integer.toBinaryString(6297>>5));   
  4. System.out.println(Integer.toBinaryString(-6297>>5));   
  5. System.out.println(Integer.toBinaryString(6297>>>5));   
  6. System.out.println(Integer.toBinaryString(-6297>>>5));   
  7. System.out.println(Integer.toBinaryString(6297<<5));   
  8. System.out.println(Integer.toBinaryString(-6297<<5));  

 

  運行結果:

1100010011001
11111111111111111110011101100111
11000100
11111111111111111111111100111011
11000100
111111111111111111100111011
110001001100100000
11111111111111001110110011100000

注:x<<y 相當於 x*2;x>>y相當於x/2y
    從計算速度上講,移位運算要比算術運算快。
    如果x是負數,那么x>>>3沒有什么算術意義,只有邏輯意義。

四、關系運算符

Java具有完備的關系運算符,這些關系運算符同數學中的關系運算符是一致的。具體說明如下:

運算符 含義 例子
< 小於 x<y
> 大於 x>y
<= 小於等於 x<=y
>= 大於等於 x>=y
== 等於 x==y
!= 不等於 x!=y

instanceof操作符用於判斷一個引用類型所引用的對象是否是一個類的實例。操作符左邊的操作元是一個引用類型,右邊的操作元是一個類名或者接口,形式如下:

obj instanceof ClassName      或者    obj instanceof InterfaceName

關系運算符產生的結果都是布爾型的值,一般情況下,在邏輯與控制中會經常使用關系運算符,用於選擇控制的分支,實現邏輯要求。

需要注意的是:關系運算符中的"=="和"!="既可以操作基本數據類型,也可以操作引用數據類型。操作引用數據類型時,比較的是引用的內存地址。所以在比較非基本數據類型時,應該使用equals方法。

五、邏輯運算符

邏輯非關系值表
A !A
true false

false

true

 

邏輯與關系值表
A B A&&B
false false false
true false false
false true false
true true true

 

邏輯或關系值表
A B A||B
false false false
true false true
false true    true 
true true true

 

在運用邏輯運算符進行相關的操作,就不得不說“短路”現象。代碼如下:

if(1==1 && 1==2 && 1==3){  }

代碼從左至右執行,執行第一個邏輯表達式后:true && 1==2 && 1==3
執行第二個邏輯表達式后:true && false && 1==3
因為其中有一個表達式的值是false,可以判定整個表達式的值是false,就沒有必要執行第三個表達式了,所以java虛擬機不執行1==3代碼,就好像被短路掉了。

邏輯或也存在“短路”現象,當執行到有一個表達式的值為true時,整個表達式的值就為true,后面的代碼就不執行了。
“短路”現象在多重判斷和邏輯處理中非常有用。我們經常這樣使用:

[java]  view plain copy
  1. public void a(String str){  
  2.   if(str!=null && str.trim().length()>0){  
  3.       
  4.   }  
  5. }  

如果str為null,那么執行str.trim().length()就會報錯,短路現象保證了我們的代碼能夠正確執行。
在書寫布爾表達式時,首先處理主要條件,如果主要條件已經不滿足,其他條件也就失去了處理的意義。也提高了代碼的執行效率。

位運算是對整數的二進制位進行相關操作,詳細運算如下:

非位運算值表
A ~A
1 0

  0 

1

 

與位運算值表
A B A&B
1 1 1
1 0 0
0 1 0
0 0 0

 

或位運算值表
A B A | B
1 1 1
1 0 1
0 1 1
0 0 0

 

異或位運算值表
A B A&B
1 1 0
1 0 1
0 1 1
0 0 0

示例如下:

[java]  view plain copy
  1. int a=15;  
  2. int b=2;  
  3.   
  4. System.out.println(a+"&"+b+"="+(a&b));  
  5. System.out.println(a+"|"+b+"="+(a|b));  
  6. System.out.println(a+"^"+b+"="+(a^b));  

運算結果如下:

15&2=2
15|2=15
15^2=13

程序分析:

a 1 1 1 1 15
b 0 0 1 0 2
a&b 0 0 1 0 2
a|b 1 1 1 1 15
a^b 1 1 0 1 13

按位運算屬於計算機低級的運算,現在我們也不頻繁的進行這樣的低級運算了。


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