day05_运算符入门

运算符概述

运算符是指对操作数的运算方式。组成表达式的 Java 操作符有很多种(什么是操作数和操作符,例如 1+2,其中 1 和 2 都是操作数,+是操作符,操作符和操作数联合起来构成表达式)。 运算符按照其要求的操作数数目来分,可以有单目运算符(1 个操作数)、双目运算符(2 个 操作数)和三目运算符(3 个操作数)。运算符按其功能来分有:

  • 算术运算符
  • 赋值运算符
  • 比较运算符(关系运算符)
  • 逻辑运算符
  • 位运算符
  • 三元运算符

运算符是存在优先级的,那么如果不确定它们的优先级怎么办,其实很简单,直接加小括 号就可以了,添加有小括号优先级一定是高的,所以优先级不需要死记硬背,不确定就加小括 号,例如:1 + 2 * 3,想确保先求和,你就需要这样写:(1+2)*3。

算术运算符

算术运算符包括:+(两个数字求和)、-(两个数字相减)、*(两个数字乘积)、/(两 个数字相除)、%(两个数字取模或者求余)、++(单目运算符,对数字自加 1)、--(单目运算符,对数字自减 1)。我们一一来学习:

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注意事项:

  • /和%的区别:两个数据做除法,/取结果的商,%取结果的余数。 整数操作只能得到整数,要想得到小数,必须有浮点数参与运算。
  • 如果对负数取模,可以把模数负号忽略不记,如: 5%-2=1 。 但被模数是 负数则不可忽略。此外,取模运算的结果不一定总是整数

代码演示,常见运算符

/*
除法公式:
被除数 / 除数 = 商 ... 余数
对于一个整数的表达式来说,除法用的是整除,整数除以整数,结果仍然是整数。只看商,不看余数。
只有对于整数的除法来说,取模运算符才有余数的意义。
注意事项:
    1. 一旦运算当中有不同类型的数据,那么结果将会是数据类型范围大的那种。
*/
public class Demo04Operator {
    public static void main(String[] args) {
        // 两个常量之间可以进行数学运算
        System.out.println(20 + 30);
        
        // 两个变量之间也可以进行数学运算
        int a = 20;
        int b = 30;
        System.out.println(a - b); // -10
        
        // 变量和常量之间可以混合使用
        System.out.println(a * 10); // 200
        
        int x = 10;
        int y = 3;
        
        int result1 = x / y;
        System.out.println(result1); // 3
        
        int result2 = x % y;
        System.out.println(result2); // 余数,模,1
        
        // int + double --> double + double --> double
        double result3 = x + 2.5;
        System.out.println(result3); // 12.5
    }
}

字符的“+”操作

拿字符在计算机底层对应的数值来进行计算的

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算术表达式中包含多个基本数据类型的值的时候,整个算术表达式的类型会自动进行提升。 提升规则:

  • byte类型,short类型和char类型将被提升到int类型
  • 整个表达式的类型自动提升到表达式中最高等级操作数同样的类型        等级顺序:byte,short,char  int  long  float  double

代码示例

public class VariableTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        //定义两个变量
        int i = 10;
        char c = 'A'; //'A'的值是65
        c = 'a'; //'a'的值是97
        System.out.println(i + c);//107
        
        c = '0'; //'0'的值是48
        //char ch = i + c;
        //char类型会被自动提升为int类型
        int j = i + c;
        System.out.println(j);//58
    }
}

字符串的“+”操作

在”+”操作中,如果出现了字符串,就是连接运算符,否则就是算术运算。当连续进行“+”操作时,从左到右逐个执行。

/*
四则运算当中的加号“+”有常见的三种用法:
1. 对于数值来说,那就是加法。
2. 对于字符char类型来说,在计算之前,char会被提升成为int,然后再计算。
char类型字符,和int类型数字,之间的对照关系表:ASCII、Unicode
3. 对于字符串String(首字母大写,并不是关键字)来说,加号代表字符串连接操作。
任何数据类型和字符串进行连接的时候,结果都会变成字符串
*/
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        // 字符串类型的变量基本使用
        // 数据类型 变量名称 = 数据值;
        String str1 = "Hello";
        System.out.println(str1); // Hello
 
        System.out.println("Hello" + "World"); // HelloWorld
 
        String str2 = "Java";
        // String + int --> String
        System.out.println(str2 + 20); // Java20
 
        // 优先级问题
        // String + int + int
        // String        + int
        // String
        System.out.println(str2 + 20 + 30); // Java2030
 
        System.out.println(str2 + (20 + 30)); // Java50
    }
}

自增自减运算符(属于算数运算符)

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详解

  • 基本含义:让一个变量涨一个数字1,或者让一个变量降一个数字1
  • 使用格式:写在变量名称之前,或者写在变量名称之后。例如:++i,也可以i++

使用方式:

  • 单独使用:不和其他任何操作混合,自己独立成为一个步骤。
  • 混合使用:和其他操作混合,例如与赋值混合,或者与打印操作混合,等。

使用区别:

  • 在单独使用的时候,前++和后++没有任何区别。也就是:++i;和i++;是完全一样的。
  • 在混合的时候,有【重大区别
    • 如果是【前++】,那么变量【立刻马上+1】,然后拿着结果进行使用。
    • 如果是【后++】,那么首先使用变量本来的数值,【然后再让变量+1】。

注意事项:

  • 只有变量才能使用自增、自减运算符。常量不可发生改变,所以不能用。
  • 无论是前++/--还是后++/--,只要执行完 ++/--,最终的结果都会让变量自加 1/ 减1 。

代码示例

package demo;
 
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        int num1 = 10;
        System.out.println(num1); // 10
        ++num1; // 单独使用,前++
        System.out.println(num1); // 11
        num1++; // 单独使用,后++
        System.out.println(num1); // 12
 
 
        // 与打印操作混合的时候
        int num2 = 20;
        // 混合使用,先++,变量立刻马上变成21,然后打印结果21
        System.out.println(++num2); // 21
        System.out.println(num2); // 21
 
 
        int num3 = 30;
        // 混合使用,后++,首先使用变量本来的30,然后再让变量+1得到31
        System.out.println(num3++); // 30
        System.out.println(num3); // 31
 
 
        int num4 = 40;
        // 和赋值操作混合
        int result1 = --num4; // 混合使用,前--,变量立刻马上-1变成39,然后将结果39交给result1变量
        System.out.println(result1); // 39
        System.out.println(num4); // 39
 
 
        int num5 = 50;
        // 混合使用,后--,首先把本来的数字50交给result2,然后我自己再-1变成49
        int result2 = num5--;
        System.out.println(result2); // 50
        System.out.println(num5); // 49
 
 
        int x = 10;
        int y = 20;
        // 11 + 20 = 31
        int result3 = ++x + y--;
        System.out.println(result3); // 31
        System.out.println(x); // 11
        System.out.println(y); // 19
 
        // 30++; // 错误写法!常量不可以使用++或者--
    }
}

关系运算符 

关系运算符主要是完成数据和数据之间的比较,比如:5>3,结果是 true(真),5>10, 结果是 false(假),那么关系运算符都有哪些呢?>、>=、<、<=、==、!=

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注意:

  • 比较运算符的结果一定是一个boolean值,成立就是true,不成立就是false。千万不要把“==”误写成“=”。 
  • 如果进行多次判断,不能连着写。数学当中的写法,例如:1 < x < 3 程序当中【不允许】这种写法

代码示例

 
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(10 > 5); // true
        int num1 = 10;
        int num2 = 12;
        System.out.println(num1 < num2); // true
        System.out.println(num2 >= 100); // false
        System.out.println(num2 <= 100); // true
        System.out.println(num2 <= 12); // true
        System.out.println("===============");
        
        System.out.println(10 == 10); // true
        System.out.println(20 != 25); // true
        System.out.println(20 != 20); // false
        
        int x = 2;
        // System.out.println(1 < x < 3); // 错误写法!编译报错!不能连着写。
    }
}

逻辑运算符

逻辑运算符主要包括逻辑与(&),逻辑或(|),逻辑异或(^),短路与(&&),短路或(||)。所有逻辑运算符的特点是操作数都是布尔类型,并且最终的运算结果也是布尔类型。

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注意:

  • 逻辑运算符用于连接布尔型表达式,在Java中不可以写成3<x<6,应该写 成x>3 & x<6 。

“&”和“&&”的区别:

  • 单&时,左边无论真假,右边都进行运算;
  • 双&时,如果左边为真,右边参与运算,如果左边为假,那么右边不参与运算。
  • “|”和“||”的区别同理,||表示:当左边为真,右边不参与运算。

异或( ^ )与或( | )的不同之处是:当左右都为true时,结果为false。

代码示例

/*
与(并且)    &&    全都是true,才是true;否则就是false
或(或者)    ||    至少一个是true,就是true;全都是false,才是false
非(取反)    !    本来是true,变成false;本来是false,变成true
与“&&”,或“||”,具有短路效果:如果根据左边已经可以判断得到最终结果,那么右边的代码将不再执行,从而节省一定的性能。
注意事项:
1. 逻辑运算符只能用于boolean值。
2. 与、或需要左右各自有一个boolean值,但是取反只要有唯一的一个boolean值即可。
3. 与、或两种运算符,如果有多个条件,可以连续写。
两个条件:条件A && 条件B
多个条件:条件A && 条件B && 条件C
TIPS:
对于1 < x < 3的情况,应该拆成两个部分,然后使用与运算符连接起来:
int x = 2;
1 < x && x < 3
*/
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(true && false); // false
        // true && true --> true
        System.out.println(3 < 4 && 10 > 5); // true
        System.out.println("============");
        
        System.out.println(true || false); // true
        System.out.println(true || true); // true
        System.out.println(false || false); // false
        System.out.println("============");
        
        System.out.println(true); // true
        System.out.println(!true); // false    
        System.out.println("============");
        
        int a = 10;
        // false && ...
        System.out.println(3 > 4 && ++a < 100); // false
        System.out.println(a); // 10
        System.out.println("============");
        
        int b = 20;
        // true || ...
        System.out.println(3 < 4 || ++b < 100); // true
        System.out.println(b); // 20
    }
}

赋值运算符

赋值类的运算符包括基本赋值运算符(=)和扩展的赋值运算符(+=、-=、*=、/=、%=)。

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注意事项:

    1. 只有变量才能使用赋值运算符,常量不能进行赋值。
    2. 复合赋值运算符其中隐含了一个强制类型转换。使用扩展赋值运算符的时候,永远都不会改变运算结果类型。

代码示例

/*
赋值运算符分为:
基本赋值运算符:就是一个等号“=”,代表将右侧的数据交给左侧的变量。
    int a = 30;
复合赋值运算符:
    +=        a += 3        相当于        a = a + 3
    -=        b -= 4        相当于        b = b - 4
    *=        c *= 5        相当于        c = c * 5
    /=        d /= 6        相当于        d = d / 6
    %=        e %= 7        相当于        e = e % 7
*/
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 10;
        // 按照公式进行翻译:a = a + 5
        // a = 10 + 5;
        // a = 15;
        // a本来是10,现在重新赋值得到15
        a += 5; 
        System.out.println(a); // 15
        
        int x = 10;
        // x = x % 3;
        // x = 10 % 3;
        // x = 1;
        // x本来是10,现在重新赋值得到1
        x %= 3;
        System.out.println(x); // 1
        
        // 50 = 30; // 常量不能进行赋值,不能写在赋值运算符的左边。错误写法!
        
        byte num = 30;
        // num = num + 5;
        // num = byte + int
        // num = int + int
        // num = int
        // num = (byte) int
        num += 5;
        System.out.println(num); // 35
    }
}

三目运算符

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执行流程:

  • 首先计算关系表达式的值
  • 如果值为true,表达式1的值就是运算结果
  • 如果值为false,表达式2的值就是运算结果

代码示例

/*
格式:
数据类型 变量名称 = 条件判断 ? 表达式A : 表达式B;
流程:
首先判断条件是否成立:
    如果成立为true,那么将表达式A的值赋值给左侧的变量;
    如果不成立为false,那么将表达式B的值赋值给左侧的变量;
二者选其一。
*/
public class Demo{
    public static void main(String[] args) {
        int a = 10;
        int b = 20;
        
        // 数据类型 变量名称 = 条件判断 ? 表达式A : 表达式B;
        // 判断a > b是否成立,如果成立将a的值赋值给max;如果不成立将b的值赋值给max。二者选其一
        int max = a > b ? a : b; // 最大值的变量
        System.out.println("最大值:" + max); // 20
        
        // int result = 3 > 4 ? 2.5 : 10; // 错误写法!
        
        System.out.println(a > b ? a : b); // 正确写法!
        
        // a > b ? a : b; // 错误写法!
    }
}

注意事项:

  • 必须同时保证表达式A和表达式B都符合左侧数据类型的要求。
  • 三元运算符的结果必须被使用。

位运算符

位运算是直接对整数的二进制进行的运算 且 位运算符操作的都是整型的数据。

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代码示例

/*
结论:
1. 位运算符操作的都是整型的数据
2. << :在一定范围内,每向左移1位,相当于 * 2
   >> :在一定范围内,每向右移1位,相当于 / 2
面试题:最高效方式的计算2 * 8 ?  2 << 3  或 8 << 1
*/
class BitTest {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 21;
        i = -21;
        System.out.println("i << 2 :" + (i << 2));
        System.out.println("i << 3 :" + (i << 3));
        System.out.println("i << 27 :" + (i << 27));
 
        int m = 12;
        int n = 5;
        System.out.println("m & n :" + (m & n));
        System.out.println("m | n :" + (m | n));
        System.out.println("m ^ n :" + (m ^ n));
 
        //练习:交换两个变量的值
        int num1 = 10;
        int num2 = 20;
        System.out.println("num1 = " + num1 + ",num2 = " + num2);
 
        //方式一:定义临时变量的方式
        //推荐的方式
        int temp = num1;
        num1 = num2;
        num2 = temp;
 
        //方式二:好处:不用定义临时变量  
        //弊端:① 相加操作可能超出存储范围 ② 有局限性:只能适用于数值类型
        //num1 = num1 + num2;
        //num2 = num1 - num2;
        //num1 = num1 - num2;
 
        //方式三:使用位运算符
        //有局限性:只能适用于数值类型
        //num1 = num1 ^ num2;
        //num2 = num1 ^ num2;
        //num1 = num1 ^ num2;
 
        System.out.println("num1 = " + num1 + ",num2 = " + num2);
 
    }
}

位运算符的细节

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关于进制

所有数字在计算机底层都以二进制形式存在。

对于整数,有四种表示方式:

  • 二进制(binary):0,1 ,满2进1.以0b或0B开头。
  • 十进制(decimal):0-9 ,满10进1。
  • 八进制(octal):0-7 ,满8进1. 以数字0开头表示。
  • 十六进制(hex):0-9及A-F,满16进1. 以0x或0X开头表示。此处的A-F不区分大小写。 如:0x21AF +1= 0X21B0

二进制

Java整数常量默认是int类型,当用二进制定义整数时,其第32位是符号位; 当是long类型时,二进制默认占64位,第64位是符号位

二进制的整数有如下三种形式:

  • 原码:直接将一个数值换成二进制数。最高位是符号位
  • 负数的反码:是对原码按位取反,只是最高位(符号位)确定为1。
  • 负数的补码:其反码加1。

计算机以二进制补码的形式保存所有的整数。

  • 正数的原码、反码、补码都相同
  • 负数的补码是其反码+1

为什么要使用原码、反码、补码表示形式呢?

计算机辨别“符号位”显然会让计算机的基础电路设计变得十分复杂! 于是 人们想出了将符号位也参与运算的方法. 我们知道, 根据运算法则减去一个正 数等于加上一个负数, 即: 1-1 = 1 + (-1) = 0 , 所以机器可以只有加法而没有 减法, 这样计算机运算的设计就更简单了。

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