整数运算
- 溢出
- 自增/自减
- 移位运算
- 位运算
- 运算优先级
- 类型自动提升与强制转型
Java的整数运算遵循四则运算规则,可以使用任意嵌套的小括号。四则运算规则和初等数学一致。例如:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
int i = (100 + 200) * (99 - 88); // 3300
int n = 7 * (5 + (i - 9)); // 23072
System.out.println(i);
System.out.println(n);
}
}
整数的数值表示不但是精确的,而且整数运算永远是精确的,即使是除法也是精确的,因为两个整数相除只能得到结果的整数部分:
int x = 12345 / 67; // 184
求余运算使用 %
:
int y = 12345 % 67; // 12345÷67的余数是17
特别注意:整数的除法对于除数为0时运行时将报错,但编译不会报错。
溢出
要特别注意,整数由于存在范围限制,如果计算结果超出了范围,就会产生溢出,而溢出不会出错,却会得到一个奇怪的结果。
还有一种简写的运算符,即 +=
,-=
,*=
,/=
,它们的使用方法如下:
n += 100; // 3409, 相当于 n = n + 100;
n -= 100; // 3309, 相当于 n = n - 100;
自增/自减
Java还提供了 ++
运算和 --
运算,它们可以对一个整数进行加1和减1的操作:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
int n = 3300;
n++; // 3301, 相当于 n = n + 1;
n--; // 3300, 相当于 n = n - 1;
int y = 100 + (++n); // 不要这么写
System.out.println(y);
}
}
注意 ++
写在前面和后面计算结果是不同的,++n
表示先加1再引用n,n++
表示先引用n再加1。不建议把 ++
运算混入到常规运算中,容易自己把自己搞懵了。
移位运算
在计算机中,整数总是以二进制的形式表示。例如,int
类型的整数7使用4字节表示的二进制如下:
00000000 0000000 0000000 00000111
可以对整数进行移位运算。对整数7左移1位将得到整数14,左移两位将得到整数28:
int n = 7; // 00000000 00000000 00000000 00000111 = 7
int a = n << 1; // 00000000 00000000 00000000 00001110 = 14
int b = n << 2; // 00000000 00000000 00000000 00011100 = 28
int c = n << 28; // 01110000 00000000 00000000 00000000 = 1879048192
int d = n << 29; // 11100000 00000000 00000000 00000000 = -536870912
左移29位时,由于最高位变成1,因此结果变成了负数。
类似的,对整数28进行右移,结果如下:
int n = 7; // 00000000 00000000 00000000 00000111 = 7
int a = n >> 1; // 00000000 00000000 00000000 00000011 = 3
int b = n >> 2; // 00000000 00000000 00000000 00000001 = 1
int c = n >> 3; // 00000000 00000000 00000000 00000000 = 0
如果对一个负数进行右移,最高位的1不动,结果仍然是一个负数:
int n = -536870912;
int a = n >> 1; // 11110000 00000000 00000000 00000000 = -268435456
int b = n >> 2; // 11111000 00000000 00000000 00000000 = -134217728
int c = n >> 28; // 11111111 11111111 11111111 11111110 = -2
int d = n >> 29; // 11111111 11111111 11111111 11111111 = -1
还有一种无符号的右移运算,使用 >>>
,它的特点是不管符号位,右移后高位总是补 0
,因此,对一个负数进行 >>>
右移,它会变成正数,原因是最高位的 1
变成了 0
:
int n = -536870912;
int a = n >>> 1; // 01110000 00000000 00000000 00000000 = 1879048192
int b = n >>> 2; // 00111000 00000000 00000000 00000000 = 939524096
int c = n >>> 29; // 00000000 00000000 00000000 00000111 = 7
int d = n >>> 31; // 00000000 00000000 00000000 00000001 = 1
对 byte
和 short
类型进行移位时,会首先转换为 int
再进行位移。
仔细观察可发现,左移实际上就是不断地×2,右移实际上就是不断地÷2。
位运算
位运算是按位进行与、或、非和异或的运算。
与运算的规则是,必须两个数同时为 1
,结果才为 1
:
n = 0 & 0; // 0
n = 0 & 1; // 0
n = 1 & 0; // 0
n = 1 & 1; // 1
或运算的规则是,只要任意一个为 1
,结果就为1
:
n = 0 | 0; // 0
n = 0 | 1; // 1
n = 1 | 0; // 1
n = 1 | 1; // 1
非运算的规则是,0
和 1
互换:
n = ~0; // 1
n = ~1; // 0
异或运算的规则是,如果两个数不同,结果为 1
,否则为0
:
n = 0 ^ 0; // 0
n = 0 ^ 1; // 1
n = 1 ^ 0; // 1
n = 1 ^ 1; // 0
对两个整数进行位运算,实际上就是按位对齐,然后依次对每一位进行运算。例如:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
int i = 167776589; // 00001010 00000000 00010001 01001101
int n = 167776512; // 00001010 00000000 00010001 00000000
System.out.println(i & n); // 167776512
}
}
上述按位与运算实际上可以看作两个整数表示的IP地址 10.0.17.77
和 10.0.17.0
,通过与运算,可以快速判断一个IP是否在给定的网段内。
运算优先级
在Java的计算表达式中,运算优先级从高到低依次是:
()
-
!
~
++
--
-
*
/
%
-
+
-
-
<<
>>
>>>
&
|
-
+=
-=
*=
/=
类型自动提升与强制转型
在运算过程中,如果参与运算的两个数类型不一致,那么计算结果为较大类型的整型。例如,short
和 int
计算,结果总是 int
,原因是 short
首先自动被转型为 int
:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
short s = 1234;
int i = 123456;
int x = s + i; // s自动转型为int
short y = s + i; // 编译错误!
}
}
也可以将结果强制转型,即将大范围的整数转型为小范围的整数。强制转型使用 (类型)
,例如,将 int
强制转型为 short
:
int i = 12345;
short s = (short) i; // 12345
要注意,超出范围的强制转型会得到错误的结果,原因是转型时,int
的两个高位字节直接被扔掉,仅保留了低位的两个字节:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
int i1 = 1234567;
short s1 = (short) i1; // -10617
System.out.println(s1);
int i2 = 12345678;
short s2 = (short) i2; // 24910
System.out.println(s2);
}
}
因此,强制转型的结果很可能是错的。