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【20221-06-24】JAVA學習日誌

日誌|釋出：2021-06-24 07：18：19 更新：2021-06-24 08：19：42

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Java的整數運算遵循四則運算規則，可以使用任意巢狀的小括號。四則運算規則和初等數學一致。例如：

// 四則運算

整數的數值表示不但是精確的，而且整數運算永遠是精確的，即使是除法也是精確的，因為兩個整數相除只能得到結果的整數部分：

int x = 12345 / 67; // 184
 

求餘運算使用%：

int y = 12345 % 67; // 12345÷67的餘數是17

特別注意：整數的除法對於除數為0時執行時將報錯，但編譯不會報錯。

溢位

要特別注意，整數由於存在範圍限制，如果計算結果超出了範圍，就會產生溢位，而溢位不會出錯，卻會得到一個奇怪的結果：

// 運算溢位

要解釋上述結果，我們把整數2147483640和15換成二進位制做加法：

  0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000
+ 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111
-----------------------------------------
  1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0111

由於最高位計算結果為1

要解決上面的問題，可以把int換成long型別，由於long可表示的整型範圍更大，所以結果就不會溢位：

long x = 2147483640;
long y = 15;
long sum = x + y;
System.out.println(sum); // 2147483655

還有一種簡寫的運算子，即+=，-=，*=，/=，它們的使用方法如下：

n += 100; // 3409, 相當於 n = n + 100;
n -= 100; // 3309, 相當於 n = n - 100;

自增/自減

Java還提供了++運算和--運算，它們可以對一個整數進行加1和減1的操作：

// 自增/自減運算
 

Run

注意++寫在前面和後面計算結果是不同的，++n表示先加1再引用n，n++表示先引用n再加1。不建議把++運算混入到常規運算中，容易自己把自己搞懵了。

移位運算

在計算機中，整數總是以二進位制的形式表示。例如，int型別的整數7使用4位元組表示的二進位制如下：

00000000 0000000 0000000 00000111

可以對整數進行移位運算。對整數7左移1位將得到整數14，左移兩位將得到整數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位時，由於最高位變成1，因此結果變成了負數。

類似的，對整數28進行右移，結果如下：

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

如果對一個負數進行右移，最高位的1不動，結果仍然是一個負數：

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

還有一種無符號的右移運算，使用>>>，它的特點是不管符號位，右移後高位總是補0，因此，對一個負數進行>>>右移，它會變成正數，原因是最高位的1變成了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

對byte和short型別進行移位時，會首先轉換為int再進行位移。

仔細觀察可發現，左移實際上就是不斷地×2，右移實際上就是不斷地÷2。

位運算

位運算是按位進行與、或、非和異或的運算。

與運算的規則是，必須兩個數同時為1，結果才為1：

n = 0 & 0; // 0
n = 0 & 1; // 0
n = 1 & 0; // 0
n = 1 & 1; // 1

或運算的規則是，只要任意一個為1，結果就為1：

n = 0 | 0; // 0
n = 0 | 1; // 1
n = 1 | 0; // 1
n = 1 | 1; // 1

非運算的規則是，0和1互換：

n = ~0; // 1
n = ~1; // 0

異或運算的規則是，如果兩個數不同，結果為1，否則為0：

n = 0 ^ 0; // 0
n = 0 ^ 1; // 1
n = 1 ^ 0; // 1
n = 1 ^ 1; // 0

對兩個整數進行位運算，實際上就是按位對齊，然後依次對每一位進行運算。例如：

// 位運算

上述按位與運算實際上可以看作兩個整數表示的IP地址10.0.17.77和10.0.17.0，通過與運算，可以快速判斷一個IP是否在給定的網段內。

運算優先順序

在Java的計算表示式中，運算優先順序從高到低依次是：

• ()
• ! ~ ++ --
• * / %
• + -
• << >> >>>
• &
• |
• += -= *= /=

記不住也沒關係，只需要加括號就可以保證運算的優先順序正確。

型別自動提升與強制轉型

在運算過程中，如果參與運算的兩個數型別不一致，那麼計算結果為較大型別的整型。例如，short和int計算，結果總是int，原因是short首先自動被轉型為int：

// 型別自動提升與強制轉型

也可以將結果強制轉型，即將大範圍的整數轉型為小範圍的整數。強制轉型使用(型別)，例如，將int強制轉型為short：

int i = 12345;
short s = (short) i; // 12345

要注意，超出範圍的強制轉型會得到錯誤的結果，原因是轉型時，int的兩個高位位元組直接被扔掉，僅保留了低位的兩個位元組：

// 強制轉型

因此，強制轉型的結果很可能是錯的。

練習

計算前N個自然數的和可以根據公式：

\frac{(1+N)\times N}22(1+N)×N

請根據公式計算前N個自然數的和：

// 計算前N個自然數的和
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int n = 100;
        System.out.println(sum);
        System.out.println(sum == 5050 ? "測試通過" : "測試失敗");
    }
}

小結

整數運算的結果永遠是精確的；

運算結果會自動提升；

可以強制轉型，但超出範圍的強制轉型會得到錯誤的結果；

應該選擇合適範圍的整型（int或long），沒有必要為了節省記憶體而使用byte和short進行整數運算。

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