教妹学Java第11讲：Java 运算符

同学们好啊，我是沉默王二，一枚沉默但有趣又帅气的程序员。又到了《教妹学 Java》的时间，很开心，很期待，很舒适。这是《教妹学 Java》专栏的第 11 篇文章，我们来谈谈“Java 运算符”。

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上一篇文章发表后，就有同学留言说“妹妹大一就开始学习 Java 了，有点厉害啊。”我只能说，必须从严治妹，要对她负责任，就必须得趁早。

强调一下，《教妹学 Java》面向的是零基础的 Java 爱好者，我希望能帮助同学们轻松迈进编程世界的大门，为后续的深入学习打下坚实的基础。

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“二哥，让我盲猜一下哈，运算符是不是指的就是加减乘除啊？”三妹的脸上泛着甜甜的笑容，我想她一定对提出的问题很有自信。

“是的，三妹。运算符在 Java 中占据着重要的位置，对程序的执行有着很大的帮助。除了常见的加减乘除，还有许多其他类型的运算符，来看下面这张思维导图。”

01、算数运算符

算术运算符除了最常见的加减乘除，还有一个取余的运算符，用于得到除法运算后的余数，来串代码感受下。

/**
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 */
public class ArithmeticOperator {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 10;
        int b = 5;

        System.out.println(a + b);//15
        System.out.println(a - b);//5
        System.out.println(a * b);//50
        System.out.println(a / b);//2
        System.out.println(a % b);//0

        b = 3;
        System.out.println(a + b);//13
        System.out.println(a - b);//7
        System.out.println(a * b);//30
        System.out.println(a / b);//3
        System.out.println(a % b);//1
    }
}

对于初学者来说，加法（+）、减法（-）、乘法（*）很好理解，但除法（/）和取余（%）会有一点点疑惑。在以往的认知里，10/3 是除不尽的，结果应该是 3.333333...，而不应该是 3。相应的，余数也不应该是 1。这是为什么呢？

因为数字在程序中可以分为两种，一种是整形，一种是浮点型（不清楚的同学可以回头看看数据类型那篇），整形和整形的运算结果就是整形，不会出现浮点型。否则，就会出现浮点型。

/**
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 */
public class ArithmeticOperator {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 10;
        float c = 3.0f;
        double d = 3.0;
        System.out.println(a / c); // 3.3333333
        System.out.println(a / d); // 3.3333333333333335
        System.out.println(a % c); // 1.0
        System.out.println(a % d); // 1.0
    }
}

需要注意的是，当浮点数除以 0 的时候，结果为 Infinity 或者 NaN。

System.out.println(10.0 / 0.0); // Infinity
System.out.println(0.0 / 0.0); // NaN

Infinity 的中文意思是无穷大，NaN 的中文意思是这不是一个数字（Not a Number）。

当整数除以 0 的时候（10 / 0），会抛出异常：

Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
 at com.itwanger.eleven.ArithmeticOperator.main(ArithmeticOperator.java:32)

所以整数在进行除法运算时，需要先判断除数是否为 0，以免程序抛出异常。

算术运算符中还有两种特殊的运算符，自增运算符（++）和自减运算符（--），它们也叫做一元运算符，只有一个操作数。

public class UnaryOperator1 {
    public static void main(String[] args) {
        int x = 10;
        System.out.println(x++);//10 (11)  
        System.out.println(++x);//12  
        System.out.println(x--);//12 (11)  
        System.out.println(--x);//10  
    }
}

一元运算符可以放在数字的前面或者后面，放在前面叫前自增（前自减），放在后面叫后自增（后自减）。

前自增和后自增是有区别的，拿 int y = ++x 这个表达式来说（x = 10），它可以拆分为 x = x+1 = 11; y = x = 11，所以表达式的结果为 x = 11, y = 11。拿 int y = x++ 这个表达式来说（x = 10），它可以拆分为 y = x = 10; x = x+1 = 11，所以表达式的结果为 x = 11, y = 10。

int x = 10;
int y = ++x;
System.out.println(y + " " + x);// 11 11

x = 10;
y = x++;
System.out.println(y + " " + x);// 10 11

对于前自减和后自减来说，同学们可以自己试一把。

02、关系运算符

关系运算符用来比较两个操作数，返回结果为 true 或者 false。

来看示例：

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public class RelationOperator {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 10, b = 20;
        System.out.println(a == b); // false
        System.out.println(a != b); // true
        System.out.println(a > b); // false
        System.out.println(a < b); // true
        System.out.println(a >= b); // false
        System.out.println(a <= b); // true
    }
}

03、位运算符

在学习位运算符之前，需要先学习一下二进制，因为位运算符操作的不是整形数值（int、long、short、char、byte）本身，而是整形数值对应的二进制。

/**
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public class BitOperator {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Integer.toBinaryString(60)); // 111100
        System.out.println(Integer.toBinaryString(13)); // 1101
    }
}

从程序的输出结果可以看得出来，60 的二进制是 0011 1100（用 0 补到 8 位），13 的二进制是 0000 1101。

PS：现代的二进制记数系统由戈特弗里德·威廉·莱布尼茨于 1679 年设计。莱布尼茨是德意志哲学家、数学家，历史上少见的通才。

来看示例：

/**
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 */
public class BitOperator {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 60, b = 13;
        System.out.println("a 的二进制：" + Integer.toBinaryString(a)); // 111100
        System.out.println("b 的二进制：" + Integer.toBinaryString(b)); // 1101

        int c = a & b;
        System.out.println("a & b：" + c + "，二进制是：" + Integer.toBinaryString(c));

        c = a | b;
        System.out.println("a | b：" + c + "，二进制是：" + Integer.toBinaryString(c));

        c = a ^ b;
        System.out.println("a ^ b：" + c + "，二进制是：" + Integer.toBinaryString(c));

        c = ~a;
        System.out.println("~a：" + c + "，二进制是：" + Integer.toBinaryString(c));

        c = a << 2;
        System.out.println("a << 2：" + c + "，二进制是：" + Integer.toBinaryString(c));

        c = a >> 2;
        System.out.println("a >> 2：" + c + "，二进制是：" + Integer.toBinaryString(c));

        c = a >>> 2;
        System.out.println("a >>> 2：" + c + "，二进制是：" + Integer.toBinaryString(c));
    }
}

对于初学者来说，位运算符无法从直观上去计算出结果，不像加减乘除那样。因为我们日常接触的都是十进制，位运算的时候需要先转成二进制，然后再计算出结果。

鉴于此，初学者在写代码的时候其实很少会用到位运算。对于编程高手来说，为了提高程序的性能，会在一些地方使用位运算。比如说，HashMap 在计算哈希值的时候：

static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

如果对位运算一点都不懂的话，遇到这样的源码就很吃力。所以说，虽然位运算用的少，但还是要懂。

1）按位左移运算符：

public class LeftShiftOperator {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(10<<2);//10*2^2=10*4=40  
        System.out.println(10<<3);//10*2^3=10*8=80  
        System.out.println(20<<2);//20*2^2=20*4=80  
        System.out.println(15<<4);//15*2^4=15*16=240  
    }
}

10<<2 等于 10 乘以 2 的 2 次方；10<<3 等于 10 乘以 2 的 3 次方。

2）按位右移运算符：

public class RightShiftOperator {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(10>>2);//10/2^2=10/4=2
        System.out.println(20>>2);//20/2^2=20/4=5
        System.out.println(20>>3);//20/2^3=20/8=2
    }
}

10>>2 等于 10 除以 2 的 2 次方；20>>2 等于 20 除以 2 的 2 次方。

04、逻辑运算符

逻辑与运算符（&&）：多个条件中只要有一个为 false 结果就为 false。

逻辑或运算符（||）：多个条件只要有一个为 true 结果就为 true。

public class LogicalOperator {
    public static void main(String[] args) {
        int a=10;
        int b=5;
        int c=20;
        System.out.println(a//false && true = false

        System.out.println(a>b||a//true || true = true
    }
}

逻辑非运算符（|）：用来反转条件的结果，如果条件为 true，则逻辑非运算符将得到 false。

单逻辑与运算符（&）：很少用，因为不管第一个条件为 true 还是 false，依然会检查第二个。

单逻辑或运算符（|）：也会检查第二个条件。

也就是说，& 和 | 性能不如 && 和 ||，但用法一样：

public class LogicalOperator1 {
    public static void main(String[] args) {
        int a=10;
        int b=5;
        int c=20;
        System.out.println(a//false & true = false

        System.out.println(a>b|a//true | true = true  
    }
}

05、赋值运算符

赋值操作符恐怕是 Java 中使用最频繁的操作符了，它就是把操作符右侧的值赋值给左侧的变量。来看示例：

public class AssignmentOperator {
    public static void main(String[] args) {
        int a=10;
        int b=20;
        a+=4;//a=a+4 (a=10+4)  
        b-=4;//b=b-4 (b=20-4)  
        System.out.println(a);
        System.out.println(b);
    }
}

不过在进行数值的赋值时，需要小点心，比如说下面这种情况：

编译器之所以提示错误，是因为 = 右侧的算术表达式默认为 int 类型，左侧是 short 类型的时候需要进行强转。

public class AssignmentOperator1 {
    public static void main(String[] args) {
        short a = 10;
        short b = 10;
//a+=b;//a=a+b internally so fine
        a = (short)(a + b);
        System.out.println(a);
    }
}

除此之外，还会有边界问题，比如说，两个非常大的 int 相乘，结果可能就超出了 int 的范围：

/**
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public class BigIntMulti {
    public static void main(String[] args) {
        int a = Integer.MAX_VALUE;
        int b = 10000;
        int c = a * b;
        System.out.println(c); // -10000
    }
}

程序输出的结果为 -10000，这个答案很明显不是我们想要的结果，虽然可以通过右侧表达式强转 long 的方法解决：

/**
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public class BigIntMulti {
    public static void main(String[] args) {
        int a = Integer.MAX_VALUE;
        int b = 10000;
        long c = (long)a * b;
        System.out.println(c); // 21474836470000
    }
}

但尽量不要这样做，结果非常大的时候，尽量提前使用相应的类型进行赋值。

long a = Integer.MAX_VALUE - 1;
long b = 10000;
long c = a * b;
System.out.println(c); // 21474836460000

06、三元运算符

三元运算符用于替代 if-else，可以使用一行代码完成条件判断的要求。来看示例：

public class TernaryOperator {
    public static void main(String[] args) {
        int a=2;
        int b=5;
        int min=(a        System.out.println(min);
    }
}

如果 ? 前面的条件为 true，则结果为 : 前的值，否则为 : 后的值。

“好了，三妹，关于 Java 运算符就先说这么多吧，你是不是已经清楚了？”转动了一下僵硬的脖子后，我对三妹说。

“差不多，二哥，我需要写点 demo 练习会。”

这是《教妹学 Java》专栏的第 11 篇文章，能看到这里的小伙伴都是最帅的，最美的，升职加薪就是你了?。

写这个专栏的初衷就是为了帮助那些零基础学 Java，或者自学 Java 感觉特别痛苦，特别难入门的小伙伴。

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