Java предоставляет богатый набор операторов для управления переменными. Все операторы Java можно разделить на следующие группы:
- арифметические операторы;
- операторы сравнения;
- побитовые операторы;
- логические операторы;
- операторы присваивания;
- прочие операторы.
Арифметические операторы
Арифметические операторы - используются в математических выражениях таким же образом, как они используются в алгебре. Предположим, целая переменная A равна 10, а переменная B равна 20. В следующей таблице перечислены арифметические операторы в Java:
Пример
Следующий простой пример показывает программно арифметические операторы. Скопируйте и вставьте следующий java-код в файл test.java, скомпилируйте и запустить эту программу:
Public class Test { public static void main(String args) { int a = 10; int b = 20; int c = 25; int d = 25; System.out.println("a + b = " + (a + b)); System.out.println("a - b = " + (a - b)); System.out.println("a * b = " + (a * b)); System.out.println("b / a = " + (b / a)); System.out.println("b % a = " + (b % a)); System.out.println("c % a = " + (c % a)); System.out.println("a++ = " + (a++)); System.out.println("b-- = " + (a--)); // Проверьте разницу в d++ и ++d System.out.println("d++ = " + (d++)); System.out.println("++d = " + (++d)); } }
A + b = 30 a - b = -10 a * b = 200 b / a = 2 b % a = 0 c % a = 5 a++ = 10 b-- = 11 d++ = 25 ++d = 27
Операторы сравнения
Есть следующие операторы сравнения, поддерживаемые на языке Java. Предположим, переменная A равна 10, а переменная B равна 20. В следующей таблице перечислены реляционные операторы или операторы сравнения в Java:
| Оператор | Описание | Пример |
| == | Проверяет, равны или нет значения двух операндов, если да, то условие становится истинным | (A == B) - не верны |
| != | Проверяет, равны или нет значения двух операндов, если значения не равны, то условие становится истинным | (A != B) - значение истинна |
| > | Проверяет, является ли значение левого операнда больше, чем значение правого операнда, если да, то условие становится истинным | (A > B) - не верны |
| Проверяет, является ли значение левого операнда меньше, чем значение правого операнда, если да, то условие становится истинным | (A | |
| >= | Проверяет, является ли значение левого операнда больше или равно значению правого операнда, если да, то условие становится истинным | (A >= B) - значение не верны |
| Проверяет, если значение левого операнда меньше или равно значению правого операнда, если да, то условие становится истинным | (A |
Пример
Следующий простой пример показывает, программно операторы сравнения в Java. Скопируйте и вставьте следующий java-код в файл test.java, скомпилируйте и запустить эту программу:
Public class Test { public static void main(String args) { int a = 10; int b = 20; System.out.println("a == b = " + (a == b)); System.out.println("a != b = " + (a != b)); System.out.println("a > b = " + (a > b)); System.out.println("a = a = " + (b >= a)); System.out.println("b
A == b = false a != b = true a > b = false a = a = true b
Побитовые операторы
Java определяет несколько побитовых операторов, которые могут быть применены для целочисленных типов: int, long, short, char и byte. В Java побитовый оператор работает над битами и выполняет операцию бит за битом. Предположим, если a = 60; и b = 13; то в двоичном формате они будут следующие:
a = 0011 1100
b = 0000 1101
-----------------
a&b = 0000 1100
a|b = 0011 1101
a^b = 0011 0001
~a = 1100 0011
Предположим целочисленные переменная A равна 60, а переменная B равна 13. В следующей таблице перечислены побитовые операторы в Java:
| Оператор | Описание | Пример |
| & (побитовое и) | Бинарный оператор AND копирует бит в результат, если он существует в обоих операндах. | (A & B) даст 12, который является 0000 1100 |
| | (побитовое или) | Бинарный оператор OR копирует бит, если он существует в любом из операндов. | (A | B) даст 61 который равен 0011 1101 |
| ^ (побитовое логическое или) | Бинарный оператор XOR копирует бит, если он установлен в одном операнде, но не в обоих. | (A ^ B) даст 49, которая является 0011 0001 |
| ~ (побитовое дополнение) | Бинарный оператор дополнения и имеет эффект «отражения» бит. | (~ A) даст -61, которая является формой дополнением 1100 0011 в двоичной записи |
| Бинарный оператор сдвига влево. Значение левых операндов перемещается влево на количество бит, заданных правым операндом. | A | |
| >> (сдвиг вправо) | Бинарный оператор сдвига вправо. Значение правых операндов перемещается вправо на количество бит, заданных левых операндом. | A >> 2 даст 15, который является 1111 |
| >>> (нулевой сдвиг вправо) | Нулевой оператор сдвига вправо. Значение левых операндов перемещается вправо на количество бит, заданных правым операндом, а сдвинутые значения заполняются нулями. | A >>> 2 даст 15, который является 0000 1111 |
Пример
Следующий простой пример показывает, программно побитовые операторы в Java. Скопируйте и вставьте следующий java-код в файл test.java, скомпилируйте и запустить эту программу:
Public class Test { public static void main(String args) { int a = 60; /* 60 = 0011 1100 */ int b = 13; /* 13 = 0000 1101 */ int c = 0; c = a & b; /* 12 = 0000 1100 */ System.out.println("a & b = " + c); c = a | b; /* 61 = 0011 1101 */ System.out.println("a | b = " + c); c = a ^ b; /* 49 = 0011 0001 */ System.out.println("a ^ b = " + c); c = ~a; /*-61 = 1100 0011 */ System.out.println("~a = " + c); c = a > 2; /* 215 = 1111 */ System.out.println("a >> 2 = " + c); c = a >>> 2; /* 215 = 0000 1111 */ System.out.println("a >>> 2 = " + c); } }
Будет получен следующий результат:
A & b = 12 a | b = 61 a ^ b = 49 ~a = -61 a > 15 a >>> 15
Логические операторы
Предположим, логическая переменная A имеет значение true, а переменная B хранит false. В следующей таблице перечислены логические операторы в Java:
Пример
Public class Test { public static void main(String args) { boolean a = true; boolean b = false; System.out.println("a && b = " + (a&&b)); System.out.println("a || b = " + (a||b)); System.out.println("!(a && b) = " + !(a && b)); } }
Это произведет следующий результат:
A && b = false a || b = true !(a && b) = true
Операторы присваивания
Существуют следующие операторы присваивания, поддерживаемые языком Java:
| Оператор | Описание | Пример |
| = | Простой оператор присваивания, присваивает значения из правой стороны операндов к левому операнду | C = A + B, присвоит значение A + B в C |
| += | Оператор присваивания «Добавления», он присваивает левому операнду значения правого | C += A, эквивалентно C = C + A |
| -= | Оператор присваивания «Вычитания», он вычитает из правого операнда левый операнд | C -= A, эквивалентно C = C - A |
| *= | Оператор присваивания «Умножение», он умножает правый операнд на левый операнд | C * = A эквивалентно C = C * A |
| /= | Оператор присваивания «Деление», он делит левый операнд на правый операнд | C /= A эквивалентно C = C / A |
| %= | Оператор присваивания «Модуль», он принимает модуль, с помощью двух операндов и присваивает его результат левому операнду | C %= A, эквивалентно C = C % A |
| Оператор присваивания «Сдвиг влево» | C | |
| >>= | Оператор присваивания «Сдвиг вправо» | C >>= 2, это как C = C >> 2 |
| &= | Оператор присваивания побитового «И» («AND») | C &= 2, это как C = C & 2 |
| ^= | Оператор присваивания побитового исключающего «ИЛИ» («XOR») | C ^= 2, это как C = C ^ 2 |
| |= | Оператор присваивания побитового «ИЛИ» («OR») | C |= 2, это как C = C | 2 |
Пример
Следующий простой пример показывает, программно логические операторы в Java. Скопируйте и вставьте следующий java-код в файл test.java, скомпилируйте и запустить эту программу:
Public class Test { public static void main(String args) { int a = 10; int b = 20; int c = 0; c = a + b; System.out.println("c = a + b = " + c); c += a ; System.out.println("c += a = " + c); c -= a ; System.out.println("c -= a = " + c); c *= a ; System.out.println("c *= a = " + c); a = 10; c = 15; c /= a ; System.out.println("c /= a = " + c); a = 10; c = 15; c %= a ; System.out.println("c %= a = " + c); c >= 2 ; System.out.println("c >>= 2 = " + c); c >>= 2 ; System.out.println("c >>= a = " + c); c &= a ; System.out.println("c &= 2 = " + c); c ^= a ; System.out.println("c ^= a = " + c); c |= a ; System.out.println("c |= a = " + c); } }
Будет получен следующий результат:
C = a + b = 30 c += a = 40 c -= a = 30 c *= a = 300 c /= a = 1 c %= a = 5 c >= 2 = 5 c >>= 2 = 1 c &= a = 0 c ^= a = 10 c |= a = 10
Прочие операторы
Есть несколько других операторов, поддерживаемых языком Java.
Тернарный оператор или условный оператор (?:)
Тернарный оператор - оператор, который состоит из трех операндов и используется для оценки выражений типа boolean. Тернарный оператор в Java также известен как условный оператор. Этот. Цель тернарного оператора или условного оператора заключается в том, чтобы решить, какое значение должно быть присвоено переменной. Оператор записывается в виде:
Переменная x = (выражение) ? значение if true: значение if false
Пример
Ниже приведен пример:
Public class Test { public static void main(String args){ int a , b; a = 10; b = (a == 1) ? 20: 30; System.out.println("Значение b: " + b); b = (a == 10) ? 20: 30; System.out.println("Значение b: " + b); } }
Будет получен следующий результат:
Значение b: 30 Значение b: 20
Оператор instanceof
Оператор instanceof - проверяет, является ли объект определенного типа (типа класса или типа интерфейса) и используется только для переменных ссылочного объекта. Оператор instanceof записывается в виде:
(Переменная ссылочного объекта) instanceof (класс/тип интерфейса)
Примеры
Если переменная ссылочного объекта в левой части оператора проходит проверку для класса/типа интерфейса на правой стороне, результатом будет значение true. Ниже приведен пример и описание оператора instanceof:
Public class Test { public static void main(String args){ String name = "Олег"; // Следующее вернётся верно, поскольку тип String boolean result = name instanceof String; System.out.println(result); } }
Будет получен следующий результат:
Этот оператор по-прежнему будет возвращать значение true, если сравниваемый объект является совместимым с типом на право назначения. Ниже приводится еще один пример:
Class Vehicle {} public class Car extends Vehicle { public static void main(String args){ Vehicle a = new Car(); boolean result = a instanceof Car; System.out.println(result); } }
Будет получен следующий результат:
Приоритет операторов в Java
Приоритет операторов определяет группирование терминов в выражении. Это влияет как вычисляется выражение. Некоторые операторы имеют более высокий приоритет, чем другие; например оператор умножения имеет более высокий приоритет, чем оператор сложения:
Например, x = 7 + 3 * 2. Здесь x присваивается значение 13, не 20, потому что оператор «*» имеет более высокий приоритет, чем «+», так что сначала перемножается «3 * 2», а затем добавляется «7».
В таблице операторы с наивысшим приоритетом размещаются в верхней части, и уровень приоритета снижается к нижней части таблицы. В выражении высокий приоритет операторов в Java будет оцениваться слева направо.
| Категория | Оператор | Ассоциативность |
| Постфикс | () . (точка) | Слева направо |
| Унарный | ++ - - ! ~ | Справа налево |
| Мультипликативный | * / % | Слева направо |
| Аддитивный | + - | Слева направо |
| Сдвиг | >> >>> | Слева направо |
| Реляционный | > >= | Слева направо |
| Равенство | == != | Слева направо |
| Побитовое «И» («AND») | & | Слева направо |
| Побитовое исключающее «ИЛИ» («XOR») | ^ | Слева направо |
| Побитовое «ИЛИ» («OR») | | | Слева направо |
| Логическое «И» («AND») | && | Слева направо |
| Логическое «ИЛИ» («OR») | || | Слева направо |
| Условный | ?: | Справа налево |
| Присваивание | = += -= *= /= %= >>= | Справа налево |
| Запятая | , | Слева направо |
В следующем уроке поговорим об управлении циклом в программировании на Java. В этом уроке будут описаны различные типы циклов, как циклы могут быть использованы в разработке программ, и для каких целей они используются.
Большинство операций над примитивными типами выполняется не с помощью методов, а с помощью специальных символов, называемых знаком операции .
Операция присваивания
Присвоение переменной значения константы, другой переменной или выражения (переменных и/или констант, разделенных знаками операций), называется операцией присваивания и обозначается знаком "= ", например: x = 3 ; y = x; z = x; В Java допустимо многократное использование операции присваивания в одном выражении, например: x1 = x2 = x3 = 0 ; Эта операция выполняется справа налево, т.е. сначала переменной x3 присваивается значение 0 , затем переменной x2 присваивается значение переменной x3 (0), и, наконец, переменной x1 присваивается значение переменной x2 (0). Знаки операций, аргументами которых являются числа, разделяются на две категории: унарные (unary) знаки операций с одним аргументом и бинарные (binary) с двумя аргументами.Унарные операции
В Java определены следующие унарные операции:- унарный минус " - " – меняет знак числа или выражения на противоположный;
- унарный плюс " + " – не выполняет никаких действий над числом или выражением;
- побитовое дополнение " ~ " (только для целых) – инвертирует все биты поля числа (меняет 0 на 1 и 1 на 0);
- инкремент " ++ " (только для целых) – увеличивает значение переменной на 1;
- декремент " -- " (только для целых) – уменьшает значение переменной на 1.
Арифметические бинарные операции
В Java определены следующие арифметические бинарные операции :- сложение " + ";
- вычитание " - ";
- умножение " * ";
- деление " / ";
- вычисление остатка от деления целых чисел " % " (возвращает остаток от деления первого числа на второе, причем результат будет иметь тот же знак, что и делимое), например, результат операции 5%3 будет равен 2 , а результат операции (-7)%(-4) будет равен -3 . В Java операция может использоваться и для вещественных переменных (типа float или double).
Побитовые операции
- Побитовые операции рассматривают исходные числовые значения как поля битов и выполняют над ними следующие действия:
- установка бита в i -ой позиции поля результата в 1 , если оба бита в i -ых позициях операндов равны 1 , или в 0 в противном случае – побитовое И (" & ");
- установка бита в i -ой позиции поля результата в 1 , если хотя бы один бит в i -ых позициях операндов равен 1 , или в 0 в противном случае – побитовое ИЛИ (" | ");
- установка бита в i -ой позиции поля результата в 1 , если биты в i -ых позициях операндов не равны друг другу, или в 0 в противном случае – побитовое исключающее ИЛИ (" ^ ");
- сдвиг влево битов поля первого операнда на количество битов, определяемое вторым операндом (бит знака числа при этом не меняется) – побитовый сдвиг влево с учетом знака " << ";
- сдвиг вправо битов поля первого операнда на количество битов, определяемое вторым операндом (бит знака числа при этом не меняется) – побитовый сдвиг вправо с учетом знака " >> ";
- сдвиг вправо битов поля первого операнда на количество битов, определяемое вторым операндом (бит знака числа при этом также сдвигается) – побитовый сдвиг вправо без учета знака " >>> ".
Побитовое И
int x = 112 ; int y = 94 ; int z; z = x & y; // z=80: 00000000 00000000 00000000 01010000Побитовое ИЛИ
int x = 112 ; // x: 00000000 00000000 00000000 01110000 int y = 94 ; // y: 00000000 00000000 00000000 01011110 int z; z = x | y; // z = 126: 00000000 00000000 00000000 01111110Побитовое исключающее ИЛИ
int x = 112 ; // x: 00000000 00000000 00000000 01110000 int y = 94 ; // y: 00000000 00000000 00000000 01011110 int z; z = x ^ y; // z = 46: 00000000 00000000 00000000 00101110Сдвиг влево с учетом знака
int x = 31 , z; // x: 00000000 00000000 00000000 00011111 z = x << 2 ; // z = 124: 00000000 00000000 00000000 01111100Сдвиг вправо с учетом знака
int x = - 17 , z; z = x >> 2 ; // z = -5: 11111111 11111111 11111111 11111011Сдвиг вправо без учета знака
int x = - 17 , z; // x: 11111111 11111111 11111111 11101111 z = x >>> 2 ; // z = 1073741819 // z: 00111111 11111111 11111111 11111011
Комбинированные операции
В Java для бинарных арифметических операций можно использовать комбинированные (составные) знаки операций: идентификатор операция = выражение Это эквивалентно следующей операции: идентификатор = идентификатор операция выражение Примеры:- Выражение x += b означает x = x + b .
- Выражение x -= b означает x = x - b .
- Выражение x *= b означает x = x * b .
- Выражение x /= b означает x = x / b .
- Выражение x %= b означает x = x % b .
- Выражение x &= b означает x = x & b .
- Выражение x |= b означает x = x | b .
- Выражение x ^= b означает x = x ^ b .
- Выражение x <<= b означает x = x << b .
- Выражение x >>= b означает x = x >> b .
- Выражение x >>>= b означает x = x >>> b .
Операции сравнения
В Java определены следующие операции сравнения:- " == " (равно), " != " (не равно),
- " > " (больше), " >= " (больше или равно),
- " < " (меньше) " <= " (меньше или равно)
Булевские операции
Булевские операции выполняются над булевскими переменными и их результатом также является значение типа boolean . В Java определены следующие булевские операции:- отрицание "!" – замена false на true , или наоборот;
- операция И "&" – результат равен true , только, если оба операнда равны true , иначе результат – false ;
- операция ИЛИ " | " – результат равен true , только, если хотя бы один из операндов равен true , иначе результат – false .
- операция исключающее ИЛИ " ^ " – результат равен true , только, если операнды не равны друг другу, иначе результат – false .
Условная операция
Условная операция записывается в форме выражение-1?выражение-2:выражение-3 . При этом сначала вычисляется выражение выражение-1 , которое должно дать булевское значение, а затем, если выражение-1 имеет значение true , вычисляется и возвращается выражение-2 как результат выполнения операции, либо (если выражение-1 имеет значение false), вычисляется и, как результат выполнения операции, возвращается выражение-3 . Пример условной операции: x= n> 1 ? 0 : 1 ; Переменной x будет присвоено значение 0 , если n>1 (выражение n>1 имеет значение true) или 1 , если n≤1 (выражение n>1 имеет значение false).Старшинство операций
Операции в выражениях выполняются слева направо, однако, в соответствии со своим приоритетом. Так операции умножения в выражении y = x + z* 5 ; будет выполнена раньше, чем операция сложения, поскольку приоритет операции умножения выше, чем приоритет операции сложения. Приоритеты операций (в порядке уменьшения приоритета) в Java приведены в табл. 1.
Круглые скобки повышают старшинство операций, которые находятся внутри них. Так, если в приведенное выше выражение вставить скобки:
y =
(x +
z)
*
5
;
то сначала будет выполнена операция сложения, а затем операция умножения.
Иногда скобки используют просто для того, чтобы сделать выражение более читаемым, например:
(x >
1
)
&&
(x <=
5
)
;
Преобразование и приведение типов при выполнении операций
В операции присваивания и арифметических выражениях могут использоваться литералы, переменные и выражения разных типов, например: double y; byte x; y = x + 5 ; В этом примере выполняется операция сложения переменной x типа byte и литерала 5 (типа int) и результат присваивается переменной y типа double . В Java, как и в языке C, преобразования типов при вычислении выражений могут выполняться автоматически, либо с помощью оператора приведения типа. Однако правила приведения типов несколько отличаются от правил языка C, и в целом являются более строгими, чем в языке C. При выполнении операции присваивания преобразование типов происходит автоматически, если происходит расширяющее преобразование (widening conversion) и два типа совместимы . Расширяющими преобразованиями являются преобразования byte ®short ®int ®long ®float ®double . Для расширяющих преобразований числовые типы, включая целый и с плавающей точкой, являются совместимыми друг с другом. Однако числовые типы не совместимы с типами char и boolean . Типы char и boolean не совместимы также и друг с другом. В языке Java выполняется автоматическое преобразование типов также и при сохранении литеральной целочисленной константы (которая имеет по умолчанию тип int) в переменных типа byte , short или long (однако если литерал имеет значение вне диапазона допустимых значений для данного типа, выдается сообщение об ошибке: возможная потеря точности). Если преобразование является сужающим (narrowing conversion), т. е. выполняется преобразование byte ¬ short ¬ char ¬ int ¬ long ¬ float ¬ double , то такое преобразование может привести к потере точности числа или к его искажению. Поэтому при сужающих преобразованиях при компиляции программы выводится диагностическое сообщение о несовместимости типов и файлы классов не создаются. Такое сообщение будет выдано и при попытке преобразование выражений типа byte или short в переменную типа char . Если все же необходимо выполнить такие преобразования, используется операция приведения (cast) типа, которая имеет следующий формат: (тип-преобразования ) значение , где тип-преобразования определяет тип, в который необходимо преобразовать заданное значение , например, в результате выполнения операторов: byte x = 71 ; char symbol = (char ) x; переменная symbol получит значение " G ". Если значение с плавающей точкой присваивается целому типу, то (если значение с плавающей точкой имеет дробную часть) при явном преобразовании типа происходит также усечение (truncation) числа. Так, в результате выполнения оператора int x = (int ) 77.85 ; переменная x получит значение 77 . Если же присваиваемое значение лежит вне диапазона типа-преобразования , то результатом преобразования будет остаток от деления значения на модуль диапазона присваиваемого типа (для чисел типа byte модуль диапазона будет равен 256 , для short – 65536 , для int – 4294967296 и для long – 18446744073709551616). Например, в результате выполнения оператора byte x = (byte ) 514 ; переменная x получит значение 2 . При преобразовании целых или вещественных чисел в данные типа char , преобразование в символ происходит, если исходное число лежит в диапазоне от 0 до 127, иначе символ получает значение " ? ". При выполнении арифметических и побитовых преобразований все значения byte и short , а также char расширяются до int , (при этом в вычислениях для char используется числовое значение кода символа) затем, если хотя бы один операнд имеет тип long , тип целого выражения расширяется до long . Если один из операндов имеет тип float , то тип полного выражения расширяется до float , а если один из операндов имеет тип double , то тип результата будет double . Так, если объявлены переменные byte a, c; short b; то в выражении a + b* c – 15 L + 1.5F + 1.08 - 10 ; сначала, перед вычислением a + b*c значения переменных будут расширены до int , затем, поскольку константа 15 имеет тип long , перед вычитанием результат вычисления будет увеличен до long . После этого, поскольку литерал 1.5 имеет тип float перед сложением с этим литералом результат вычисления a + b*c – 15L будет расширен до float . Перед выполнением сложения с числом 1.08 результат предыдущих вычислений будет расширен до double (поскольку вещественные константы по умолчанию имеют тип double) и, наконец, перед выполнением последнего сложения литерал 10 (по умолчанию int) будет расширен до double . Таким образом, результат вычисления выражения будет иметь тип double . Автоматические расширения типов (особенно расширения short и byte до int) могут вызывать плохо распознаваемые ошибки во время компиляции. Например, в операторах: byte x = 30 , y = 5 ; x = x + y; перед выполнением сложения значение переменных x и y будет расширено до int , а затем при выполнении попытки присвоения результата вычисления типа int переменной типа byte будет выдано сообщение об ошибке. Чтобы этого избежать надо использовать во втором операторе явное преобразование типов: x = (byte ) (x + y) ; Выражение x + y необходимо заключит в скобки потому, что приоритет операции приведения типа, заключенной в скобки, выше, чем приоритет операции сложения. Кстати, если записать второй оператор в виде: x += y; то сообщения об ошибке не будет. Ссылка на первоВ Java есть операторы сдвига. Операторы << и >> позаимствованы из С/C++. Кроме того, Java обладает своим новым оператором сдвига >>>.
Операторы сдвига присущи системам, которые могут выравнивать биты, прочтённые из IO портов или зартсываемые в IO порты. Это также быстрое умножение или деление на степень двойки. Преимущество операторов сдвига в Java - это независимость от платформы. Поэтому вы можете использовать их не беспокоясь ни о чём.
Основы сдвига
Сдвиг - это, по сути, простейшая операция: мы берём последовательность битов и двигаем её влево или вправо. Больше всего конфуза вызывает оператор >>>. Но о нём мы поговорим чуть позже.
Операторы сдвига могут применяться лишь к целым числам, то есть к типам int или long . Следующая таблица иллюстрирует базовый механизм сдвига.
Таблица 1: Идея сдвига
| Исходные данные | ||||||
| Бинарное представление | 00000000 | 00000000 | 00000000 | 11000000 | ||
| Сдвиг влево на 1 бит | 00000000 | 00000000 | 00000001 | 1000000? | ||
| Сдвиг вправо на бит | ?0000000 | 00000000 | 00000000 | 01100000 | 0 | |
| Сдвиг влево на 4 бита | 0000 | 00000000 | 00000000 | 00001100 | 0000???? | |
| Исходные данные | ||||||
| Бинарное представление | 11111111 | 11111111 | 11111111 | 01000000 | ||
| Сдвиг влево на 1 бит | 11111111 | 11111111 | 11111110 | 1000000? | ||
| Сдвиг вправо на бит | ?1111111 | 11111111 | 11111111 | 10100000 | 0 | |
Таблица показывает фундаментальную идею сдвига: перемещение битов относительно их позиций. Это как очередь в магазине: как только один человек совершил покупку и отшёл, вся очередь сдвинулась и позиции всех участников очереди изменились.
Однако, глядя на таблицу, возникают три вопроса вопроса:
- Что происходит, если мы сдвигаем влево и при этом часть бинарной записи выходит за границу слева, а часть - остаётся пустой справа?
- Что происходит, когда справа - выход за границы, а слева - пустое место?
- Какое истинное значение принимает знак "?"?.
Ответим на часть этих вопросов. Биты, вышедшие за границы, просто теряются. Мы о них забываем.
В некоторых языках, типа ассемблер, есть операция ротации , когда при сдвиге вышедшие за границы биты не теряются, но ставятся на освободившееся место (вместо вопросиков). Однако языки высокого уровня, типа Java, не имеют в своём арсенале такой операции.
Сдвиг отрицательных чисел
Ответ на вопрос о значении символов "?" в приведенной выше таблице требует отдельного рассмотрения.
В случае сдвига влево << и беззнакового сдвига вправо >>> новые биты просто устанавливаются в ноль. В случае сдвига вправо со знаком >> новые биты принимают значение старшего (самого левого) бита перед сдвигом. Следующая таблица демонстрирует это:
Таблица 2: Сдвиг положительных и отрицательных чисел
| Исходные данные | ||||
| Бинарное представление | 00000000 | 00000000 | 00000000 | 11000000 |
| Сдвиг вправо на 1 бит | 00000000 | 00000000 | 00000000 | 01100000 |
| Сдвиг вправо на 7 бит | 00000000 | 00000000 | 00000000 | 00000001 |
| Исходные данные | ||||
| Бинарное представление | 11111111 | 11111111 | 11111111 | 01000000 |
| Сдвиг вправо на 1 бит | 11111111 | 11111111 | 11111111 | 10100000 |
| Сдвиг вправо на 7 бит | 11111111 | 11111111 | 11111111 | 11111110 |
Заметьте: в том, случае, где старший бит был 0 перед сдвигом, новые биты стали тоже 0. Там где старший бит перед сдвигом был 1, новые биты тоже заполнились 1.
Это правило может показаться странным на первый взгляд. Но оно имеет под собой очень серьёзное обоснование. Если мы сдвигаем бинарное число влево на одну позицию, то в десятичной записи мы умножаем его на два. Если мы сдвигаем влево на n позиций, то умножение происходит на 2 n , то есть на 2, 4, 8, 16 и т.д.
Сдвиг вправо даёт деление на степени двойки. При этом, добавление слева нулей на появившиеся биты на самом деле даёт деление на степени двойки лишь в случае положительных чисел. Но для отрицательных чисел всё совсем по другому!
Как известно, старший бит отрицательных чисел равен единице, 1. Для того, чтобы сохранить старшинство единицы при сдвиге, то есть сохранить отрицательный знак результата деления отрицательного числа на положительное (степень двойки), нам нужно подставлять единицы на освободившиеся места.
Если мы посмотрим на Таблицу 2, то заметим, что 192, сдвинутое на 1 бит вправо - это 192/2=96, а сдвинутое на 7 битов вправо - это 192/2 7 =192/128=1 по законам целочисленной арифметики. С другой стороны, -192 сдвинутое на 1 бит вправо - это 192/2=-96 и т.д.
Есть, однако пример, когда реультат сдвига вправо отличается от результата целочисленного деления на 2. Это случай, когда аргумент = -1. При целочисленном делении мы имеем: -1/2=0. Но результат сдвига вправо нам даёт -1. Это можно трактовать так: целочисленное деление округляет к нулю, а сдвиг округляет к -1.
Таким образом, сдвиг вправо имеет две ипостаси: одна (>>>) просто сдвигает битовый паттерн "в лоб", а другая (>>) сохраняет эквивалентность с операцией деления на 2.
Зачем же Java потребовался беззнаковый сдвиг вправо (сдвиг "в лоб"), когда ни в С, ни в С++ его не существует? Ответ прост, потому что в С и С++ сдвиг всегда беззнаковый . То есть >>>> в Java - это и есть сдвиг вправо в C и C++. Но, поскольку в Java все численные типы со знаком (за исключением char ), то и результаты сдвигов должны иметь знаки.
Сокращение (reduction) правого операнда
На самом деле у операторов сдвига есть правый операнд - число позиций, на которое нужно произвести сдвиг. Для корректного сдвига это число должно быть меньше, чем количество битов в результате сдвига. Если число типа int (long) , то сдвиг не может быть сделан более, чем на 32 (64) бита.
Оператор же сдвига не делает никаких проверок данного условия и допускает операнды, его нарушающие. При этом правый операнд сокращается по модулю от нужного количества битов. Например, если вы захотите сдвинуть целое число на 33 бита, то сдвиг произойдёт на 33%32=1 бит. В результатае такого сдвига мы легко можем получить аномальные результаты, то есть результаты, которых мы не ожидали. Например, при сдвиге на 33 бита мы ожидаем получить 0 или -1 (в знаковой арифметике). Но это не так.
Почему Java сокращает правый операнд оператора сдвига или грустная история о заснувшем процессоре
Одной из главной причин введения сокращения было то, что процессоры сами сокращают подобным образом правый операнд оператора сдвига. Почему?
Несколько лет назад был создан мощнейший процессор с длинными регистрами и операциями ротации и сдвигам на любое количество битов. Именно потому, что регистры были длинными, корректное выполнение этих операций требовало несколько минут.
Основным применением данных процессоров был контроль систем реального времени. В данных системах самый быстрый ответ на внешнее событие должно занимать не более задержки на прерывание (interrupt latency ). Отдельные инскрукции таких процессоров были неделимы. Поэтому выполнение длинных операций (сдвига на несколько бит и ротации) нарушало эффективную работу процессора.
Следующая версия процессора имплементировала эти операции уже по-другому: размер правого операнда сократился. Задержка на прерывание восстанавилась. И многие процессоры переняли данную практику.
Арифметическое распространение (promotion ) операндов
Апифметическое распространение операндов происходит перед применением оперции сдвига и гарантирует, что операнды по крайней мере типа int . Это явление имеет особый эффект на беззнаковый сдвиг вправо, когда сдвигаемое число меньше, чем int : мы получаем не тот результат, который ожидали.
Следующая таблица показывает пример аномалии:
Таблица 3: Арифметическое распространение для беззнакового сдвига вправо, когда операнд меньше, чем int
| Исходные данные (-64 в десятичной записи) | ||||
| Распространение до int | 11111111 | 11111111 | 11111111 | 11000000 |
| Сдвиг вправо на 4 битa | 00001111 | 11111111 | 11111111 | 11111100 |
| Сокращение до байта | 11111100 | |||
| Ожидаемый результат был | 00001100 | |||
Последнее обновление: 30.10.2018
Большинство операций в Java аналогичны тем, которые применяются в других си-подобных языках. Есть унарные операции (выполняются над одним операндом), бинарные - над двумя операндами, а также тернарные - выполняются над тремя операндами. Операндом является переменная или значение (например, число), участвующее в операции. Рассмотрим все виды операций.
В арифметических операциях участвуют числами. В Java есть бинарные арифметические операции (производятся над двумя операндами) и унарные (выполняются над одним операндом). К бинарным операциям относят следующие:
операция сложения двух чисел:
Int a = 10; int b = 7; int c = a + b; // 17 int d = 4 + b; // 11
операция вычитания двух чисел:
Int a = 10; int b = 7; int c = a - b; // 3 int d = 4 - a; // -6
операция умножения двух чисел
Int a = 10; int b = 7; int c = a * b; // 70 int d = b * 5; // 35
операция деления двух чисел:
Int a = 20; int b = 5; int c = a / b; // 4 double d = 22.5 / 4.5; // 5.0
При делении стоит учитывать, так как если в операции участвуют два целых числа, то результат деления будет округляться до целого числа, даже если результат присваивается переменной float или double:
Double k = 10 / 4; // 2 System.out.println(k);
Чтобы результат представлял числос плавающей точкой, один из операндов также должен представлять число с плавающей точкой:
Double k = 10.0 / 4; // 2.5 System.out.println(k);
получение остатка от деления двух чисел:
Int a = 33; int b = 5; int c = a % b; // 3 int d = 22 % 4; // 2 (22 - 4*5 = 2)
Также есть две унарные арифметические операции, которые производятся над одним числом: ++ (инкремент) и -- (декремент). Каждая из операций имеет две разновидности: префиксная и постфиксная:
++ (префиксный инкремент)
Предполагает увеличение переменной на единицу, например, z=++y (вначале значение переменной y увеличивается на 1, а затем ее значение присваивается переменной z)
Int a = 8; int b = ++a; System.out.println(a); // 9 System.out.println(b); // 9
++ (постфиксный инкремент)
Также представляет увеличение переменной на единицу, например, z=y++ (вначале значение переменной y присваивается переменной z, а потом значение переменной y увеличивается на 1)
Int a = 8; int b = a++; System.out.println(a); // 9 System.out.println(b); // 8
-- (префиксный декремент)
уменьшение переменной на единицу, например, z=--y (вначале значение переменной y уменьшается на 1, а потом ее значение присваивается переменной z)
Int a = 8; int b = --a; System.out.println(a); // 7 System.out.println(b); // 7
-- (постфиксный декремент)
z=y-- (сначала значение переменной y присваивается переменной z, а затем значение переменной y уменьшается на 1)
Int a = 8; int b = a--; System.out.println(a); // 7 System.out.println(b); // 8
Приоритет арифметических операций
Одни операции имеют больший приоритет чем другие и поэтому выполняются вначале. Операции в порядке уменьшения приоритета:
++ (инкремент), -- (декремент)
* (умножение), / (деление), % (остаток от деления)
+ (сложение), - (вычитание)
Приоритет операций следует учитывать при выполнении набора арифметических выражений:
Int a = 8; int b = 7; int c = a + 5 * ++b; System.out.println(c); // 48
Вначале будет выполняться операция инкремента ++b , которая имеет больший приоритет - она увеличит значение переменной b и возвратит его в качестве результата. Затем выполняется умножение 5 * ++b , и только в последнюю очередь выполняется сложение a + 5 * ++b
Скобки позволяют переопределить порядок вычислений:
Int a = 8; int b = 7; int c = (a + 5) * ++b; System.out.println(c); // 104
Несмотря на то, что операция сложения имеет меньший приоритет, но вначале будет выполняться именно сложение, а не умножение, так как операция сложения заключена в скобки.
Ассоциативность операций
Кроме приоритета операции отличаются таким понятием как ассоциативность . Когда операции имеют один и тот же приоритет, порядок вычисления определяется ассоциативностью операторов. В зависимости от ассоциативности есть два типа операторов:
Левоассоциативные операторы, которые выполняются слева направо
Правоассоциативные операторы, которые выполняются справа налево
Так, некоторые операции, например, операции умножения и деления, имеют один и тот же приоритет. Какой же тогда будет результат в выражении:
Int x = 10 / 5 * 2;
Стоит нам трактовать это выражение как (10 / 5) * 2 или как 10 / (5 * 2) ? Ведь в зависимости от трактовки мы получим разные результаты.
Поскольку все арифметические операторы (кроме префиксного инкремента и декремента) являются левоассоциативными, то есть выполняются слева направо. Поэтому выражение 10 / 5 * 2 необходимо трактовать как (10 / 5) * 2 , то есть результатом будет 4.
Операции с числами с плавающей точкой
Следует отметить, что числа с плавающей точкой не подходят для финансовых и других вычислений, где ошибки при округлении могут быть критичными. Например:
Double d = 2.0 - 1.1; System.out.println(d);
В данном случае переменная d будет равна не 0.9, как можно было бы изначально предположить, а 0.8999999999999999. Подобные ошибки точности возникают из-за того, что на низком уровне для представления чисел с плавающей точкой применяется двоичная система, однако для числа 0.1 не существует двоичного представления, также как и для других дробных значений. Поэтому если в таких случаях обычно применяется класс BigDecimal, который позволяет обойти подобные сиуации.
1. Основные арифметические операции
В следующей таблице перечислены основные арифметические операции, применяемые в языке Java:
Рассмотрим некоторые правила работы с арифметическими операциями:
- Выражения вычисляются слева направо, если не добавлены круглые скобки или одни операции имеют более высокий приоритет.
- Операции *, /, и % имеют более высокий приоритет чем + и -.
Пример 1. Арифметические операции над целочисленными значениями
Например, в этом коде, переменные a и b будут иметь разные значения:
Public class BasicIntMath { public static void main(String args) { int a = 4 + 5 - 2 * 3; int b = 4 + (5 - 2) * 3; System.out.println("a = " + a); System.out.println("b = " + b); } }
Результат выполнения:
A = 3 b = 13
- Операция унарного вычитания изменяет знак своего единственного операнда.
- Операция унарного сложения просто возвращает значение своего операнда. Она в принципе не является необходимой, но возможна.
Пример 2. Унарные операции сложения и вычитания
public class UnarySignOperation { public static void main(String args) { double a = -6; double b = +6; System.out.println(a); System.out.println(b); } }- Когда операция деления выполняется над целочисленным типом данных, ее результат не будет содержать дробный компонент.
Пример 3. Деление целочисленных чисел
public class IntDivision { public static void main(String args) { int a = 16 / 5; System.out.println(a); } }Результат выполнения этой программы:
- Операнды арифметических операций должны иметь числовой тип. Арифметические операции нельзя выполнять над логическими типами данных, но допускается над типами данных char , поскольку в Java этот тип, по существу, является разновидностью типа int .
Пример 4. Арифметические операции над переменными типа char
public class BasicCharMath1 { public static void main(String args) { char c = "n"; System.out.println(c); System.out.println(c + 1); System.out.println(c / 5); } }Результат выполнения:
N 111 22
Пример 5. Арифметические операции над переменными типа char
public class BasicCharMath2 { public static void main(String args) { char c1 = "1"; char c2 = "\u0031"; char c3 = 49; System.out.println(c1 + c2 + c3); } }Результат выполнения:
Оператор деления по модулю — обозначается символом %. Этот оператор возвращает остаток от деления первого числа на второй. При делении целого числа результатом будет тоже целое число.
Пример 6. Деление по модулю
public class DivisionByModule { public static void main(String args) { int a = 6 % 5; double b = 6.2 % 5.0; System.out.println(a); System.out.println(b); } }Результат выполнения:
1 1.2000000000000002
2. Составные арифметические операции с присваиванием
В Java имеются специальные операции, объединяющие арифметические операции с операцией присваивания. Рассмотрим следующее выражение:
А = а + 4;
B Java эту операцию можно записать следующим образом:
А += 4;
Составные операции с присваиванием позволяют не только уменьшить объем кода, но и позволяют выполнять автоматическое преобразование чего не делают обычные операции.
