Java 位运算和运算符总结

此文大部分内容来自 http://blog.csdn.net/is_zhoufeng/article/details/8112199 (感谢作者) 此文是在作者及网络基础上的总结，希望可以帮助还不了解位运算的同学

在了解位运算前，先学习一下数据类型与大小，这对我们位运算很有帮助。

 1.各数据类型占的字节数(这是 Java 类型的，C 的不一样)

Int:       4 字节
Short:     2 字节
Long:      8 字节
Byte:      1 字节
Character: 2 字节
Float:     4 字节
Double:    8 字节

System.out.println("Integer: " + Integer.SIZE / 8);     // 4System.out.println("Short: " + Short.SIZE / 8);         // 2System.out.println("Long: " + Long.SIZE / 8);           // 8System.out.println("Byte: " + Byte.SIZE / 8);           // 1System.out.println("Character: " + Character.SIZE / 8); // 2System.out.println("Float: " + Float.SIZE / 8);         // 4System.out.println("Double: " + Double.SIZE / 8);       // 8

 2.再来看数据在计算机中的表示形式，因为计算机只识别二进制数据，0 与 1，如下：
我们看 int 值为 5 的机器表示：
00000000 00000000 00000000 00000101
5 转换成二进制是 101，不过 int 类型的数占用 4 字节（32 位），所以前面填了一堆 0。

 3.字节的大小概念

1字节 = 8bit(即 8 个占位符)

由此我们可以看出，4 字节即 4 组 8 bit 的 0 与 1 组成

 4.Java 中 int 型最大数
因为计算内部处理是二进制，int 占 4 字节所以最大就是 32 个 1 的二进制数，但是，机器用最高位 0 与 1 标记正负值，所以最大就是 31 个 1 ，如下：
01111111 11111111 11111111 11111111
将上面二进制数转换成十进制后为：2147483647

一、位运算简介
 Java 位运算主要有四种：与(&)、非(~)、或(|)、异或(^)
1.与(&)运算符
与运算符用符号“&”表示，其使用规律：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。

private static void and() {    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：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。

private static void or() {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，运算规律：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。

private static void not() {int a = 2;System.out.println("a 非的结果是：" + (~a));}

【运行结果】
a 非的结果是：-3

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。

private static void xor() {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。

二、运算符(操作符)总结

1.Java 中有以下运算符，并按优先级顺序排列。
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1x++--自减1x--
++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。
  
 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，操作数在运算前会自动向上造型成相同的类型，再进行运算。

示例如下：
 

private static void binaryOperation() {int a = 22;int b = 5;double c = 5;System.out.println(b + "+" + c + "=" + (b + c));System.out.println(b + "-" + c + "=" + (b - c));System.out.println(b + "*" + c + "=" + (b * c));System.out.println(a + "/" + b + "=" + (a / b));System.out.println(a + "%" + b + "=" + (a % b));System.out.println(a + "/" + c + "=" + (a / c));System.out.println(a + "%" + c + "=" + (a % c));}

【运行结果】
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

1.左移运算符(<<)
左移运算符是用来将一个数的二进制数位左移若干位，移动的位数由右操作数指定（右操作数必须是非负值），其右边空出的位用 0 填补，高位左移溢出则舍弃该高位。

  如：5 << 2;
⑴.先将 5 转换为二进制数据为：00000000 00000000 00000000 00000101
⑵.将 101 左移 2 位后为：00000000 00000000 00000000 00010100
⑶.再将 10100 转换为 10 进制为：20

  最后计算出 5 << 2 的结果为 20。

2."有符号"右移动运算符(>>)

右移运算符是用来将一个数的二进制数位右移若干位，移动的位数由右操作数指定（右操作数必须是非负值），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。

  如：5 >> 2;
⑴.先将 5 转换为二进制数据为：00000000 00000000 00000000 00000101
⑵.将 101 右移 2 位后为：00000000 00000000 00000000 00000001
⑶.再将 1 转换为 10 进制为：1

  最后计算出 5 >> 2 的结果为 1。

3."无符号"右移动运算符(>>>)

右移运算符是用来将一个数的二进制数位右移若干位，移动的位数由右操作数指定（右操作数必须是非负值），采用 0 扩展机制，也就是说，无论值的正负，都在高位补 0,即最终结果为正数。

  如：-5 >>> 2;
⑴.先将 -5 转换为二进制数据为：11111111 11111111 11111111 11111011
⑵.将 11111111 11111111 11111111 11111011 右移 2 位后为：00111111 11111111 11111111 11111110
⑶.再将 00111111 11111111 11111111 11111110 转换为 10 进制为：1073741822

  最后计算出 -5 >>> 2 的结果为 11073741822。

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

private static void inOf() {String s = "I AM an Object!";boolean isObject = s instanceof Object;System.out.println(isObject);}

【运行结果】
true


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!Atruefalse

false

true

 
逻辑与关系值表
ABA&&Bfalsefalsefalsetruefalsefalsefalsetruefalsetruetruetrue
 
逻辑或关系值表
ABA||Bfalsefalsefalsetruefalsetruefalsetrue   true truetruetrue 
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：

public void a(String str) {if (str != null && str.trim().length() > 0) {}}

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~A10

  0 

1

与位运算值表
ABA&B111100010000


或位运算值表
ABA | B111101011000


异或位运算值表
ABA&B110101011000


示例如下：

private static void test01() {int a = 15;int b = 2;System.out.println(a + "&" + b + "=" + (a & b));System.out.println(a + "|" + b + "=" + (a | b));System.out.println(a + "^" + b + "=" + (a ^ b));}

【运行结果】
15&2=2
15|2=15
15^2=13

程序分析：
a111115b00102a&b00102a|b111115a^b110113
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+=yx=x+y-=x-=yx=x-y*=x*=yx=x*y/=x/=yx=x/y%=x%=yx=x%y>>=x>>=yx=x>>y>>>=a>>>=yx=x>>>y<<=a<<=yx=x<<y&=x&=yx=x&y|=x|=yx=x|y^=x^=yx=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。