Java 运算符详解：算术、逻辑与位运算

Java 运算符详解：算术、逻辑与位运算 | 极客日志

Java 运算符详解

1. 前言

本文详细介绍 Java 中的运算符。运算符是构建程序的基石，决定了数据如何计算与转换。掌握 Java 中的各种运算符，能够编写出高效且简洁的代码。

2. 算术运算符

2.1 基本四则运算符

int a = 20;
int b = 10;
System.out.println(a + b); // 30
System.out.println(a - b); // 10
System.out.println(a * b); // 200
System.out.println(a / b); // 2
System.out.println(a % b); // 0

注意：

都是二元运算符，使用时必须有左右两个操作数。
int 结果是整数类型，除法会向下取整。

2.2 除法与取余

int a = 3;
int b = 2;
// 在数学中应该是 1.5，但在 Java 中输出结果为 1，小数点之后全部舍弃
System.out.println(a / b);
// 如果要得到数学中的结果，可以使用如下方式
double d = a * 1.0 / b;
System.out.println(d); // 1.5

做除法和取模时，右操作数不能为 0：

int a = 1;
int b = 0;
System.out.println(a / b); // 会抛出异常：ArithmeticException: / by zero

% 不仅可以对整数取模，也可以对 double 类型取模。

2.3 增量运算符（+= -=）

int a = 1;
a += 2; // 相当于 a = a + 2
System.out.println(a); // 输出：3
a -= 1; // 相当于 a = a - 1
System.out.println(a); // 输出：0

注意： 只有变量才能使用增量运算符，常量不能使用。特别注意：

a += 1.2; // 合法的，但是结果是 a+1，说明 += 会自己先隐式转换
// a = a + 1.2; // 不合法，大类型转换小类型必须显示转换

2.4 自增/自减运算符

int a = 1;
System.out.println(++a); // 输出：2 --> 先自增，再打印
System.out.println(a++); // 输出：2 --> 先打印，再自增

注意： 前置和后置的区别在于增减与返回的顺序。

3. 关系运算符

关系运算符主要有六个：==、!=、>、<、>=、<=，其计算结果是 true 或 false。

int a = 10;
int 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

注意：

关系运算符的结果通常用于控制判断。
如果使用 == 比较对象时，需要确保对象的内容相等，而不是地址相等。

4. 逻辑运算符

4.1 逻辑与 &&

语法规则：表达式 1 && 表达式 2，左右表达式必须是 boolean 类型的结果。

表达式 1	表达式 2	结果
真	真	真
真	假	假
假	真	假
假	假	假

int a = 1;
int b = 2;
System.out.println(a == 1 && b == 2); // 左为真 且 右为真，则结果为真
System.out.println(a == 1 && b > 100); // 左为真 但 右为假，则结果为假

4.2 逻辑或 ||

语法规则：表达式 1 || 表达式 2，左右表达式必须是 boolean 类型的结果。

表达式 1	表达式 2	结果
真	真	真
真	假	真
假	真	真
假	假	假

int a = 1;
int b = 2;
System.out.println(a == 1 || b == 2); // 左为真 且 右为真，则结果为真
System.out.println(a == 1 || b > 100); // 左为真 但 右为假，则结果为真

注意： 左右表达式至少有一个为真，则结果为真。

4.3 逻辑非 !

语法规则：! 表达式，取反。

表达式	结果
真	假
假	真

int a = 1;
System.out.println(!(a == 1)); // a == 1 为 true，取反则为 false

4.4 短路求值

&& 和 || 遵循短路求值的规则。

System.out.println(10 > 20 && 10 / 0 == 0); // 打印 false
System.out.println(10 > 20 || 10 / 0 == 0); // 打印 true

注意：

对于 &&，如果左边表达式为 false，则右边表达式无需执行。
对于 ||，如果左边表达式为 true，则右边表达式无需执行。

5. 位运算符

Java 中数据操作的最小单位是字节，而数据操作的最小单位是比特位。位运算符主要有：&、|、^。除这三种运算符外，其余都是二元运算符。

5.1 按位与 &

如果两个二进制位都为 1，则结果为 1，否则结果为 0。

int a = 10;
int b = 20;
System.out.println(a & b); // 输出 30

进行按位运算，需要先把 10 和 20 转成二进制，分别为 1010 和 10100。

5.2 按位或 |

如果两个二进制位有一个为 1，则结果为 1，否则结果为 0。

int a = 10;
int b = 20;
System.out.println(a | b); // 输出 30

注意： 当 & 和 | 的操作数为整数 (int, short, long, byte) 的时候，表示按位运算，当操作数为 boolean 的时候，表示逻辑运算。

5.3 按位取反 ~

如果该位为 1，则该位置为 0，如果该位为 0，则该位置为 1。

int a = 0xF; // 十六进制数 0F，二进制是 1111
System.out.printf("%x\n", ~a); // 输出 1111 的按位取反

5.4 按位异或 ^

如果两个二进制位相同，则结果为 0，相异则结果为 1。

int a = 0x1;
int b = 0x1;
System.out.printf("%x\n", a ^ b); // 输出 0

注意： 如果两个数相同，则异或的结果为 0。

6. 移位运算符

移位运算符有三个：<<、>>、>>>，都是二元运算符，且是按照二进制位来进行移位运算的。

6.1 左移 <<

最左侧位不要，最右侧补 0。

int a = 0x10;
System.out.printf("%x\n", a << 1); // 输出结果（注意，是十六进制打印的）

注意： 向左移位，剩余的是符号位，所以正数左移可能会变成负数。

6.2 右移 >>

最右侧位不要，左侧补符号位。

int a = 0x10;
System.out.printf("%x\n", a >> 1); // 输出结果：10

int b = 0xffff0000;
System.out.printf("%x\n", b >> 1); // 输出结果：7fff8000

6.3 无符号右移 >>>

最右侧位不要，左侧补 0。

int a = 0xFFFFFFF;
System.out.printf("%x\n", a >>> 1); // 输出结果：ffffffff

注意：

左移 1 位，相当于原数 * 2 的 N 次方。
右移 N 位，相当于原数 / 2 的 N 次方。
由于计算机的补码表示，符号位移时，计算方法不完全相同。
移动负数位或者移位位数过大都没有意义。

7. 条件运算符

条件运算符是 Java 中的三目运算符，它用于简化条件判断。其基本语法为：

条件表达式 ? 表达式 1 : 表达式 2;

如果条件表达式为 true，则返回表达式 1 的值；否则，返回表达式 2 的值。

int a = 10;
int b = 20;
int max = (a > b) ? a : b;
System.out.println(max); // 输出：20

注意：

表达式 2 和表达式 3 的结果要是同类型的，除非能发生类型隐式类型转换。
表达式不能单独存在，其产生的结果必须要被使用。

8. 运算符的优先级

在一条表达式中，各个运算符可以混合使用进行运算，但是运算符的优先级不同。比如：* 和 / 的优先级要高于 + 和 -。

// 求 a 和 b 的平均值
int a = 10;
int b = 20;
int c = a + (b - a) >> 1;
System.out.println(c);

上述表达式中，由于 + 的优先级高于 >>，因此先和 b-a 的结果做加法，整体为 20，最后再进行右移，因此结果为 10。修改如下：

// 求 a 和 b 的平均值
int a = 10;
int b = 20;
int c = a + ((b - a) >> 1);
System.out.println(c);

注意： 运算符之间是有优先级的。具体的规则我们不必记，在可能存在歧义的代码中加上括号即可。

9. 总结

本文详细介绍了 Java 中的各种运算符，包括算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、位运算符、移位运算符、条件运算符以及运算符的优先级。掌握这些运算符能够帮助你更高效地进行编程并优化程序的运行效率。

Java 运算符详解：算术、逻辑与位运算