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位运算符详解——与(&)、非(~)、或(|)、异或(^)

位运算符主要针对二进制,它包括了:“与”、“非”、“或”、“异或”。从表面上看似乎有点像逻辑运算符,但逻辑运算符是针对两个关系运算符来进行逻辑运算,而位运算符主要针对两个二进制数的位进行逻辑运算。下面详细介绍每个位运算符。

 

1.与运算符
与运算符用符号“&”表示,其使用规律如下:
两个操作数中位都为1,结果才为1,否则结果为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 与的结果是:"+(a&b));
    }
}

运行结果
a 和b 与的结果是:128
下面分析这个程序:
“a”的值是129,转换成二进制就是10000001,而“b”的值是128,转换成二进制就是10000000。根据与运算符的运算规律,只有两个位都是1,结果才是1,可以知道结果就是10000000,即128。

 

2.或运算符
或运算符用符号“|”表示,其运算规律如下:
两个位只要有一个为1,那么结果就是1,否则就为0,下面看一个简单的例子。

public class data14{
    public static void main(String[] args){
        int a=129;
        int b=128;
        System.out.println("a 和b 或的结果是:"+(a|b));
    }
}

运行结果
a 和b 或的结果是:129
下面分析这个程序段:
a 的值是129,转换成二进制就是10000001,而b 的值是128,转换成二进制就是10000000,根据或运算符的运算规律,只有两个位有一个是1,结果才是1,可以知道结果就是10000001,即129。

 

3.非运算符
非运算符用符号“~”表示,其运算规律如下:

如果位为0,结果是1,如果位为1,结果是0,下面看一个简单例子。

public class data15{
    public static void main(String[] args){
        int a=2;System.out.println("a 非的结果是:"+(~a));
    }
    
}

4.异或运算符
异或运算符是用符号“^”表示的,其运算规律是:
两个操作数的位中,相同则结果为0,不同则结果为1。下面看一个简单的例子。

public class data16{
    public static void main(String[] args){
        int a=15;
        int b=2;
        System.out.println("a 与 b 异或的结果是:"+(a^b));
    }
}

运行结果
a 与 b 异或的结果是:13
分析上面的程序段:a 的值是15,转换成二进制为1111,而b 的值是2,转换成二进制为0010,根据异或的运算规律,可以得出其结果为1101 即13。

Java中的运算符(操作符)

    程序的基本功能是处理数据,任何编程语言都有自己的运算符。因为有了运算符,程序员才写出表达式,实现各种运算操作,实现各种逻辑要求。

   为实现逻辑和运算要求,编程语言设置了各种不同的运算符,且有优先级顺序,所以有的初学者使用复杂表达式的时候搞不清楚。这里详细介绍一下Java中的运算符。

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

 

一、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)。

   int a=10;
  int b=10;
  int sum=a+ ++b;
  System.out.println("a="+a+",b="+b+",sum="+sum);

运行结果是: 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);
运行结果是:a=11,b=10,sum=20

n=10;
m=~n;
变量n的二进制数形式:                 00000000 00000000 00000000 00001010
逐位取反后,等于十进制的-11: 11111111 11111111 11111111 11110101 

二、算术运算符

    所谓算术运算符,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,我们在这里不再讨论。下图中展示了运算过程中,数据自动向上造型的原则。

 

 

    注:1、实线箭头表示没有信息丢失的转换,也就是安全性的转换,虚线的箭头表示有精度损失的转化,也就是不安全的。
      2、当两个操作数类型不相同时,操作数在运算前会子松向上造型成相同的类型,再进行运算。

示例如下:

 

[java] 

  1. int a=22;  

  2. int b=5;  

  3. double c=5;    

  4. System.out.println(b+"+"+c+"="+(b+c));  

  5. System.out.println(b+"-"+c+"="+(b-c));  

  6. System.out.println(b+"*"+c+"="+(b*c));  

  7. System.out.println(a+"/"+b+"="+(a/b));  

  8. System.out.println(a+"%"+b+"="+(a%b));  

  9. System.out.println(a+"/"+c+"="+(a/c));  

  10. System.out.println(a+"%"+c+"="+(a%c));  

运行结果如下:

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

 

 

 

以int类型的6297为例,代码如下:

[java] 

  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));  

 

  运行结果:

1100010011001
11111111111111111110011101100111
11000100
11111111111111111111111100111011
11000100
111111111111111111100111011
110001001100100000
11111111111111001110110011100000

注:x<<y 相当于 x*2;x>>y相当于x/2y
    从计算速度上讲,移位运算要比算术运算快。
    如果x是负数,那么x>>>3没有什么算术意义,只有逻辑意义。

四、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

instanceof操作符用于判断一个引用类型所引用的对象是否是一个类的实例。操作符左边的操作元是一个引用类型,右边的操作元是一个类名或者接口,形式如下:

obj instanceof ClassName      或者    obj instanceof InterfaceName

关系运算符产生的结果都是布尔型的值,一般情况下,在逻辑与控制中会经常使用关系运算符,用于选择控制的分支,实现逻辑要求。

需要注意的是:关系运算符中的"=="和"!="既可以操作基本数据类型,也可以操作引用数据类型。操作引用数据类型时,比较的是引用的内存地址。所以在比较非基本数据类型时,应该使用equals方法。

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。代码如下:

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。

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:

[java] 

  1. public void a(String str){  

  2.       if(str!=null && str.trim().length()>0){  

  3.       

  4.       }  

  5. }  

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。
在书写布尔表达式时,首先处理主要条件,如果主要条件已经不满足,其他条件也就失去了处理的意义。也提高了代码的执行效率。

位运算是对整数的二进制位进行相关操作,详细运算如下:

非位运算值表
A ~A
1 0

  0 

1


与位运算值表
A B A&B
1 1 1
1 0 0
0 1 0
0 0 0

或位运算值表
A B A | B
1 1 1
1 0 1
0 1 1
0 0 0

异或位运算值表
A B A&B
1 1 0
1 0 1
0 1 1
0 0 0

示例如下:

[java] view plaincopy

  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));  

运算结果如下:

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

按位运算属于计算机低级的运算,现在我们也不频繁的进行这样的低级运算了。

六、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。

七、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

大家可以根据自己的喜好选择合适的运算符。

补充:

字符串运算符: + 可以连接不同的字符串。

转型运算符: () 可以将一种类型的数据或对象,强制转变成另一种类型。如果类型不相容,会报异常出来。

[java] view plain copy

  1. package com.zf.binary;  
      
      
    public class Test1 {  
      
        public static void main(String[] args) {  
              
            /* 符号为:最高位同时表示图号,0为正数,1为负数 */  
              
            /*  
                1、二进制转换为十进制 
     
                二进制转换为10进制的规律为: 每位的值 * 2的(当前位-1次方) 
                例如: 
                    00000001 = 0 * 2^7 + 0 * 2^6 + 0 * 2^5 + 0 * 2^4 + 0 * 2^3 + 0 * 2^2 + 0 * 2^1 + 1 * 2^0  = 1 
                    00000010 = 0 * 2^7 + 0 * 2^6 + 0 * 2^5 + 0 * 2^4 + 0 * 2^3 + 0 * 2^2 + 1 * 2^1 + 0 * 2^0  = 2 
                     
                2、二进制的符号位: 
                    最高位表示符号位,0表示正数  , 1表示负数 
                     
                 
                3、将二进制负数转换为十进制:先对该二进制数取反,然后加1,再转换为十进制,然后在前面加上负号 
                    例如: 10101011 最高位为1,所以为负数 
                       第一步:取反: 01010100 
                       第二步:加1 : 01010101 
                       第三步:转换为10进制:85 
                       第四步:加上负号: -85 
                       所以      10101011 转换为十进制为 -85 
                        
                4、将十进制负数转换为二进制:先得到该十进制负数的绝对值,然后转换为二进制,然后将该二进制取反,然后加1 
                    例如:-85 
                    第一步:得到绝对值 85 
                    第二步:转换为二进制:01010101 
                    第二步:取反:                10101010 
                    第三步:加1:                 10101011 
                    所以,-85转换为二进制为  10101011 
             */  
              
            /* 
            ~ ‘非’ 运算符是将目标数的进制去反,即0变成1 ,1变成0 
            2的二进制码为 00000010 , 它取反为11111101 ,可见取反后结果为负数(二进制负数转换为十进制的步骤为:将二进制去反,然后+1) 
             将 11111101 转换为10进制 ,第一步去反 得到 00000010 然后 加1 得到 00000011 ,得到的结果为3 ,然后在前面加上负号就可以了 
             所以结果为-3 
             */  
            System.out.println(~2);  
              
            /* 
              ^ 异或 ,计算方式为:两个二进制数的位相同则为0 不同则为1 
              23转换为二进制为:00010111 
              12转换为二进制为:00001100 
                        计算结果为:00011011  =  27 
             */  
            System.out.println(23 ^ 12);   
              
            /* 
             & 按位与 ,计算方式为:两个二进制数的位都为1则为1 ,否则为0 
             1的二进制为 :00000001 
             2的二进制为 :00000010 
                  结果为 :00000000 = 0  
             */  
            System.out.println(1&2);  
              
            /* 
              | 按位或 ,计算方式为:两个二进制位有一个为1就为1,否者为0 
              5 的二进制为:00000101 
              6 的二进制为:00000110 
                      结果为:00000111 = 7 
             */  
            System.out.println( 5 | 6);  
              
              
            /* 
              >> 有符号右移位  ,符号左边表示要被移位的数,右边表示需要移的位数,结果为正数则在左边补0,否则补1 
              3 的二进制为:00000010 
                    向右移动1位:00000001 = 1  
             */  
            System.out.println(3 >> 1);  
              
              
        }  
      
    }

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