Java的位运算符详解实例——与（&）、非（~）、或（|）、异或（^）

2021-09-29 02:59:04

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
由

高

到

低

 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。

Java的位运算符详解实例——与（&）、非（~）、或（|）、异或（^）

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] view plaincopy
  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

Java的位运算符详解实例——与（&）、非（~）、或（|）、异或（^）

以int类型的6297为例，代码如下：

[java] view plaincopy
  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*2y ；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] view plaincopy
  1. public void a(String str){
  2. if(str!=null && str.trim().length()>0){
  3. }
  4. }

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. System.out.println(a+"&"+b+"="+(a&b));
  4. System.out.println(a+"|"+b+"="+(a|b));
  5. 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。

    1. package com.zf.binary;
    2. public class Test1 {
    3. public static void main(String[] args) {
    4. /* 符号为:最高位同时表示图号，0为正数，1为负数 */
    5. /*
    6. 1、二进制转换为十进制
    7. 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）
    8. 例如：
    9. 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
    10. 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
    11. 2、二进制的符号位：
    12. 最高位表示符号位，0表示正数  ， 1表示负数
    13. 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
    14. 例如： 10101011 最高位为1，所以为负数
    15. 第一步：取反： 01010100
    16. 第二步：加1 ： 01010101
    17. 第三步：转换为10进制：85
    18. 第四步：加上负号： -85
    19. 所以      10101011 转换为十进制为 -85
    20. 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
    21. 例如：-85
    22. 第一步：得到绝对值 85
    23. 第二步：转换为二进制：01010101
    24. 第二步：取反：                10101010
    25. 第三步：加1：                 10101011
    26. 所以，-85转换为二进制为  10101011
    27. */
    28. /*
    29. ~ ‘非’ 运算符是将目标数的进制去反，即0变成1 ，1变成0
    30. 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）
    31. 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
    32. 所以结果为-3
    33. */
    34. System.out.println(~2);
    35. /*
    36. ^ 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
    37. 23转换为二进制为：00010111
    38. 12转换为二进制为：00001100
    39. 计算结果为：00011011  =  27
    40. */
    41. System.out.println(23 ^ 12);
    42. /*
    43. & 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
    44. 1的二进制为 ：00000001
    45. 2的二进制为 ：00000010
    46. 结果为 :00000000 = 0
    47. */
    48. System.out.println(1&2);
    49. /*
    50. | 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
    51. 5 的二进制为：00000101
    52. 6 的二进制为：00000110
    53. 结果为：00000111 = 7
    54. */
    55. System.out.println( 5 | 6);
    56. /*
    57. >> 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
    58. 3 的二进制为：00000010
    59. 向右移动1位：00000001 = 1
    60. */
    61. System.out.println(3 >> 1);
    62. }
    63. }

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