JAVA面试题解惑系列（十一）——这些运算符你是否还记得？

作者：臧圩人（zangweiren）
网址：http://zangweiren.javaeye.com

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有些运算符在JAVA语言中存在着，但是在实际开发中我们或许很少用到它们，在面试题中却时常出现它们的身影，对于这些运算符的含义和用法，你是否还记得呢？

自增（++）和自减（--）运算符

我们先来回答几个问题吧：

int i = 0;
int j = i++;
int k = --i;

这段代码运行后，i等于多少？j等于多少？k等于多少？太简单了？好，继续：

int i = 0;
int j = i++ + ++i;
int k = --i + i--;

代码执行后i、j、k分别等于多少呢？还是很简单？好，再继续：

int i=0;
System.out.println(i++);

这段代码运行后输出结果是什么？0？1？

float f=0.1F;
f++;
double d=0.1D;
d++;
char c='a';
c++;

上面这段代码可以编译通过吗？为什么？如果你能顺利回答到这里，说明你对自增和自减运算符的掌握已经很好了。

为了分析出上面提出的几个问题，我们首先来回顾一下相关知识：

• 自增（++）：将变量的值加1，分前缀式（如++i）和后缀式（如i++）。前缀式是先加1再使用；后缀式是先使用再加1。
• 自减（--）：将变量的值减1，分前缀式（如--i）和后缀式（如i--）。前缀式是先减1再使用；后缀式是先使用再减1。

在第一个例子中，int j=i++;是后缀式，因此i的值先被赋予j，然后再自增1，所以这行代码运行后，i=1、j=0；而int k=--i;是前缀式，因此i先自减1，然后再将它的值赋予k，因此这行代码运行后，i=0、k=0。

在第二个例子中，对于int j=i++ + ++i;，首先运行i++，i的值0被用于加运算（+），之后i自增值变为1，然后运行++i，i先自增变为2，之后被用于加运算，最后将i两次的值相加的结果0+2=2赋给j，因此这行代码运行完毕后i=2、j=2；对于int k=--i + i--;用一样的思路分析，具体过程在此不再赘述，结果应该是i=0、k=2。

自增与自减运算符还遵循以下规律：

1. 可以用于整数类型byte、short、int、long，浮点类型float、double，以及字符串类型char。
2. 在Java5.0及以上版本中，它们可以用于基本类型对应的包装器类Byte、Short、Integer、Long、Float、Double、Character。
3. 它们的运算结果的类型与被运算的变量的类型相同。

下面的这个例子验证以上列出的规律，它可以编译通过并执行。

public class Test {
	public static void main(String[] args) {
		// 整型
		byte b = 0;
		b++;
		// 整型
		long l = 0;
		l++;
		// 浮点型
		double d = 0.0;
		d++;
		// 字符串
		char c = 'a';
		c++;
		// 基本类型包装器类
		Integer i = new Integer(0);
		i++;
	}
}

按位运算符

你还能说出来按位运算符一共有哪几种吗？对比下面的列表看看，有没有从你的记忆中消失了的：

1. 按位与运算（&）：二元运算符。当被运算的两个值都为1时，运算结果为1；否则为0。
2. 按位或运算（|）：二元运算符。当被运算的两个值都为0时，运算结果为0；否则为1。
3. 按位异或运算（^）：二元运算符。当被运算的两个值中任意一个为1，另一个为0时，运算结果为1；否则为0。
4. 按位非运算（~）：一元运算符。当被运算的值为1时，运算结果为0；当被运算的值为0时，运算结果为1。

这里不像我们看到的逻辑运算符（与运算&&、或运算||、非运算！）操作的是布尔值true或false，或者是一个能产生布尔值的表达式；“按位运算符”所指的“位”就是二进制位，因此它操作的是二进制的0和1。在解释按位运算符的执行原理时，我们顺便说说它们和逻辑运算符的区别。

1. 逻辑运算符只能操作布尔值或者一个能产生布尔值的表达式；按位运算符能操作整型值，包括byte、short、int、long，但是不能操作浮点型值（即float和double），它还可以操作字符型（char）值。按位运算符不能够操作对象，但是在Java5.0及以上版本中，byte、short、int、long、char所对应的包装器类是个例外，因为JAVA虚拟机会自动将它们转换为对应的基本类型的数据。
   下面的例子验证了这条规律：
   
   Java代码

   1. public class BitOperatorTest {   
   2.     public static void main(String[] args) {   
   3.         // 整型   
   4.         byte b1 = 10, b2 = 20;   
   5.         System.out.println("(byte)10 & (byte)20 = " + (b1 & b2));   
   6.         // 字符串型   
   7.         char c1 = 'a', c2 = 'A';   
   8.         System.out.println("(char)a | (char)A = " + (c1 | c2));   
   9.         // 基本类型的包装器类   
   10.         Long l1 = new Long(555), l2 = new Long(666);   
   11.         System.out.println("(Long)555 ^ (Long)666 = " + (l1 ^ l2));   
   12.         // 浮点型   
   13.         float f1 = 0.8F, f2 = 0.5F;   
   14.         // 编译报错，按位运算符不能用于浮点数类型   
   15.         // System.out.println("(float)0.8 & (float)0.5 = " + (f1 & f2));   
   16.     }   
   17. }  

   public class BitOperatorTest {
   	public static void main(String[] args) {
   		// 整型
   		byte b1 = 10, b2 = 20;
   		System.out.println("(byte)10 & (byte)20 = " + (b1 & b2));
   		// 字符串型
   		char c1 = 'a', c2 = 'A';
   		System.out.println("(char)a | (char)A = " + (c1 | c2));
   		// 基本类型的包装器类
   		Long l1 = new Long(555), l2 = new Long(666);
   		System.out.println("(Long)555 ^ (Long)666 = " + (l1 ^ l2));
   		// 浮点型
   		float f1 = 0.8F, f2 = 0.5F;
   		// 编译报错，按位运算符不能用于浮点数类型
   		// System.out.println("(float)0.8 & (float)0.5 = " + (f1 & f2));
   	}
   }
   

   
   运行结果：
   
   • (byte)10 & (byte)20 = 0
   • (char)a | (char)A = 97
   • (Long)555 ^ (Long)666 = 177
2. 逻辑运算符的运算遵循短路形式，而按位运算符则不是。所谓短路就是一旦能够确定运算的结果，就不再进行余下的运算。下面的例子更加直观地展现了短路与非短路的区别：
   
   Java代码

   1. public class OperatorTest {   
   2.     public boolean leftCondition() {   
   3.         System.out.println("执行-返回值:false;方法:leftCondition()");   
   4.         return false;   
   5.     }   
   6.   
   7.     public boolean rightCondition() {   
   8.         System.out.println("执行-返回值:true;方法:rightCondition()");   
   9.         return true;   
   10.     }   
   11.   
   12.     public int leftNumber() {   
   13.         System.out.println("执行-返回值:0;方法:leftNumber()");   
   14.         return 0;   
   15.     }   
   16.   
   17.     public int rightNumber() {   
   18.         System.out.println("执行-返回值:1;方法:rightNumber()");   
   19.         return 1;   
   20.     }   
   21.   
   22.     public static void main(String[] args) {   
   23.         OperatorTest ot = new OperatorTest();   
   24.   
   25.         if (ot.leftCondition() && ot.rightCondition()) {   
   26.             // do something   
   27.         }   
   28.         System.out.println();   
   29.   
   30.         int i = ot.leftNumber() & ot.rightNumber();   
   31.     }   
   32. }  

   public class OperatorTest {
   	public boolean leftCondition() {
   		System.out.println("执行-返回值:false;方法:leftCondition()");
   		return false;
   	}
   
   	public boolean rightCondition() {
   		System.out.println("执行-返回值:true;方法:rightCondition()");
   		return true;
   	}
   
   	public int leftNumber() {
   		System.out.println("执行-返回值:0;方法:leftNumber()");
   		return 0;
   	}
   
   	public int rightNumber() {
   		System.out.println("执行-返回值:1;方法:rightNumber()");
   		return 1;
   	}
   
   	public static void main(String[] args) {
   		OperatorTest ot = new OperatorTest();
   
   		if (ot.leftCondition() && ot.rightCondition()) {
   			// do something
   		}
   		System.out.println();
   
   		int i = ot.leftNumber() & ot.rightNumber();
   	}
   }
   

   
   运行结果：
   
   • 执行-返回值:false;方法:leftCondition()
   • 执行-返回值:0;方法:leftNumber()
   • 执行-返回值:1;方法:rightNumber()
   
   运行结果已经很明显地显示了短路和非短路的区别，我们一起来分析一下产生这个运行结果的原因。当运行“ot.leftCondition() && ot.rightCondition()”时，由于方法leftCondition()返回了false，而对于“&&”运算来说，必须要运算符两边的值都为true时，运算结果才为true，因此这时候就可以确定，不论rightCondition()的返回值是什么，“ot.leftCondition() && ot.rightCondition()”的运算值已经可以确定是false，由于逻辑运算符是短路的形式，因此在这种情况下，rightCondition()方法就不再被运行了。
   而对于“ot.leftNumber() & ot.rightNumber()”，由于“leftNumber()”的返回值是0，对于按位运算符“&”来说，必须要运算符两边的值都是1时，运算结果才是1，因此这时不管“rightNumber()”方法的返回值是多少，“ot.leftNumber() & ot.rightNumber()”的运算结果已经可以确定是0，但是由于按位运算符是非短路的，所以rightNumber()方法还是被执行了。这就是短路与非短路的区别。
   

移位运算符

移位运算符和按位运算符一样，同属于位运算符，因此移位运算符的位指的也是二进制位。它包括以下几种：

1. 左移位（<<）：将操作符左侧的操作数向左移动操作符右侧指定的位数。移动的规则是在二进制的低位补0。
2. 有符号右移位（>>）：将操作符左侧的操作数向右移动操作符右侧指定的位数。移动的规则是，如果被操作数的符号为正，则在二进制的高位补0；如果被操作数的符号为负，则在二进制的高位补1。
3. 无符号右移位（>>>）：将操作符左侧的操作数向右移动操作符右侧指定的位数。移动的规则是，无论被操作数的符号是正是负，都在二进制位的高位补0。

注意，移位运算符不存在“无符号左移位（<<<）”一说。与按位运算符一样，移位运算符可以用于byte、short、int、long等整数类型，和字符串类型char，但是不能用于浮点数类型float、double；当然，在Java5.0及以上版本中，移位运算符还可用于byte、short、int、long、char对应的包装器类。我们可以参照按位运算符的示例写一个测试程序来验证，这里就不再举例了。

与按位运算符不同的是，移位运算符不存在短路不短路的问题。

写到这里就不得不提及一个在面试题中经常被考到的题目：

这里所谓的最有效率，实际上就是通过最少、最简单的运算得出想要的结果，而移位是计算机中相当基础的运算了，用它来实现准没错了。左移位“<<”把被操作数每向左移动一位，效果等同于将被操作数乘以2，而2*8=（2*2*2*2），就是把2向左移位3次。因此最有效率的计算2乘以8的方法就是“2<<3”。

最后，我们再来考虑一种情况，当要移位的位数大于被操作数对应数据类型所能表示的最大位数时，结果会是怎样呢？比如，1<<35=?呢？

这里就涉及到移位运算的另外一些规则：

1. byte、short、char在做移位运算之前，会被自动转换为int类型，然后再进行运算。
2. byte、short、int、char类型的数据经过移位运算后结果都为int型。
3. long经过移位运算后结果为long型。
4. 在左移位（<<）运算时，如果要移位的位数大于被操作数对应数据类型所能表示的最大位数，那么先将要求移位数对该类型所能表示的最大位数求余后，再将被操作数移位所得余数对应的数值，效果不变。比如1<<35=1<<(35%32)=1<<3=8。
5. 对于有符号右移位（>>）运算和无符号右移位（>>>）运算，当要移位的位数大于被操作数对应数据类型所能表示的最大位数时，那么先将要求移位数对该类型所能表示的最大位数求余后，再将被操作数移位所得余数对应的数值，效果不变。。比如100>>35=100>>(35%32)=100>>3=12。

下面的测试代码验证了以上的规律：

public abstract class Test {
	public static void main(String[] args) {
		System.out.println("1 <<3 = " + (1 <<3));
		System.out.println("(byte) 1 <<35 = " + ((byte) 1 <<(32 + 3)));
		System.out.println("(short) 1 <<35 = " + ((short) 1 <<(32 + 3)));
		System.out.println("(char) 1 <<35 = " + ((char) 1 <<(32 + 3)));
		System.out.println("1 <<35 = " + (1 <<(32 + 3)));
		System.out.println("1L <<67 = " + (1L <<(64 + 3)));
		// 此处需要Java5.0及以上版本支持
		System.out.println("new Integer(1) <<3 = " + (new Integer(1) <<3));
		System.out.println("10000 >> 3 = " + (10000 >> 3));
		System.out.println("10000 >> 35 = " + (10000 >> (32 + 3)));
		System.out.println("10000L >>> 67 = " + (10000L >>> (64 + 3)));
	}
}

运行结果：

1. 1 <<3 = 8
2. (byte) 1 <<35 = 8
3. (short) 1 <<35 = 8
4. (char) 1 <<35 = 8
5. 1 <<35 = 8
6. 1L <<67 = 8
7. new Integer(1) <<3 = 8
8. 10000 >> 3 = 1250
9. 10000 >> 35 = 1250
10. 10000L >>> 67 = 1250