【轉載】計算機程序的思惟邏輯 (3) - 基本運算

運算

第一節咱們談了經過變量定義數據，上節咱們介紹了給數據賦值，有了初始值以後，能夠對數據進行運算。計算機之因此稱爲"計算"機，是由於發明它的主要目的就是運算。運算有不一樣的類型，不一樣的數據類型支持的運算也不同，本文介紹Java中基本類型數據的主要運算。

• 算術運算：主要是平常的加減乘除
• 比較運算：主要是平常的大小比較
• 邏輯運算：針對布爾值進行運算

算術運算

算術運算符有加減乘除，符號分別是+-*/，另外還有取模運算符%，以及自增(++)和自減(--)運算符。取模運算適用於整數和字符類型，其餘算術運算適用於全部數值類型和字符類型，其餘都符合常識，但字符類型看上去比較奇怪，後續文章解釋。

減號(-)一般用於兩個數相減， 但也能夠放在一個數前面，例如 -a, 這表示改變a的符號，原來的正數會變爲負數，原來的負數會變爲正數，這也是符合咱們常識的。

取模(%)就是數學中的求餘數，例如，5%3是2，10%5是0。

自增(++)和自減(--)，是一種快捷方式，是對本身進行加一或減一操做。

加減乘除大部分狀況和直觀感受是同樣的，都很容易理解，但有一些須要注意的地方，而自增自減稍微複雜一些，下面咱們解釋下。

加減乘除注意事項

運算時要注意結果的範圍，使用恰當的數據類型。兩個正數均可以用int表示，但相乘的結果可能就會超，超出後結果會使人困惑，例如：

int a = 2147483647*2; //2147483647是int能表示的最大值

a的結果是-2。爲何是-2咱們暫不解釋，要避免這種狀況，咱們的結果類型應使用long，但只改成long也是不夠的，由於運算仍是默認按照int類型進行，須要將至少一個數據表示爲long形式，即在後面加L或l，下面這樣纔會出現指望的結果：

long a = 2147483647*2L;

另外，須要注意的是，整數相除不是四捨五入，而是直接捨去小數位，例如：

double d = 10/4;

結果是2而不是2.5，若是要按小數進行運算，須要將至少一個數表示爲小數形式，或者使用強制類型轉化，即在數字前面加(double)，表示將數字看作double類型，以下所示任意一種形式均可以：

double d = 10/4.0;
double d = 10/(double)4;

以上一些注意事項，我想也沒什麼特別的理由，大概是方便語言設計者實現語言吧。

小數計算結果不精確

不管是使用float仍是double，進行運算時都會出現一些很是使人困惑的現象，好比：

float f = 0.1f*0.1f;
System.out.println(f);

 這個結果看上去，不言而喻，應該是0.01，但實際上，屏幕輸出倒是0.010000001，後面多了個1。換用double看看：

double d = 0.1*0.1;
System.out.println(d);

屏幕輸出0.010000000000000002，一連串的0以後多了個2，結果也不精確。

這是怎麼回事？看上去這麼簡單的運算，計算機怎麼能計算不精確呢？但事實就是這樣，究其緣由，咱們須要理解float和double的二進制表示，後續文章進行分析。

自增(++)/自減(--)

自增/自減是對本身作加一和減一操做，但每一個都有兩種形式，一種是放在變量後，例如a++, a--，另外一種是放在變量前，例如++a, --a。

若是隻是對本身操做，這兩種形式也沒什麼差異，區別在於還有其餘操做的時候。放在變量後(a++)，是先用原來的值進行其餘操做，而後再對本身作修改，而放在變量前(++a)，是先對本身作修改，再用修改後的值進行其餘操做。例如，快捷運算和其等同的運算分別是：

快捷運算	等同運算
b=a++-1	b=a-1 a=a+1
c = ++a-1	a=a+1 c=a-1
arrA[i++]=arrB[++j]	j=j+1 arrA[i]=arrB[j] i=i+1

自增/自減是"快捷"操做，是讓程序員少寫代碼的，但遺憾的是，因爲比較奇怪的語法和詭異的行爲，帶給了初學者一些困惑。

比較運算

比較運算就是計算兩個值之間的關係，結果是一個布爾類型(boolean)的值。比較運算適用於全部數值類型和字符類型。數值類型容易理解，但字符怎麼比呢？後續文章解釋。

比較操做符有：大於(>)，大於等於(>=)，小於(<)，小於等於(<=)，等於(==)，不等於(!=)。

大部分也都是比較直觀的，須要注意的是等於。

首先，它使用兩個等號==，而不是一個等號(=)，爲何不用一個等號呢？由於一個等號(=)已經被佔了，表示賦值操做。

另外，對於數組，==判斷的是兩個數組是否是同一個數組，而不是兩個數組的元素內容是否同樣，即便兩個數組的內容是同樣的，但若是是兩個不一樣的數組，==依然會返回false，以下所示：

int[] a = new int[] {1,2,3};
int[] b = new int[] {1,2,3};

// a==b的結果是false

若是須要比較數組的內容是否同樣，須要逐個比較裏面存儲的每一個元素。

邏輯運算

邏輯運算根據數據的邏輯關係，生成一個布爾值true或者false。邏輯運算只可應用於boolean類型的數據，但比較運算的結果是布爾值，因此其餘類型數據的比較結果可進行邏輯運算。

邏輯運算符具體有：

• 與(&)：兩個都爲true纔是true，只要有一個是false就是false
• 或(|)：只要有一個爲true就是true，都是false纔是false
• 非(!)：針對一個變量，true會變成false, false會變成true
• 異或(^)：兩個相同爲false, 兩個不相同爲true
• 短路與(&&): 和&相似，不一樣之處立刻解釋
• 短路或 (||)：與|相似，不一樣之處立刻解釋

邏輯運算的大部分都是比較直觀的，須要注意的是&和&&，以及|和||的區別。若是隻是進行邏輯運算，它們也都是相同的，區別在於同時有其餘操做的狀況下，例如：

boolean a = true;
int b = 0;
boolean flag = a | b++>0; 

由於a爲true，因此flag也爲true，但b的結果爲1，由於|後面的式子也會進行運算，即便只看a已經知道flag的結果，仍是會進行後面的運算。而||則不一樣，若是最後一句的代碼是：

boolean flag = a || b++>0; 

則b的值仍是0，由於||會"短路"，即在看到||前面部分就能夠斷定結果的狀況下，忽略||後面的運算。

這個例子咱們還能夠看出，自增/自減操做帶給咱們的困擾，別的操做都乾乾脆脆，賦值就賦值，加法就加法，比較就比較，它非混在一塊兒，可能會少寫些代碼，但若是使用不當，會使理解困難不少。

運算符優先級

一個稍微複雜的運算可能會涉及多個變量，和多種運算，那哪一個先算，哪一個後算呢？程序語言規定了不一樣運算符的優先級，有的會先算，有的會後算，大部分狀況下，這個優先級與咱們的常識理解是相符的。

但在一些複雜狀況下，咱們可能會搞不明白其運算順序。但這個咱們不用太操心，可使用括號()來表達咱們想要的順序，括號裏的會先進行運算，簡單的說，不肯定順序的時候，就使用括號。

序列號	符號	名稱	結合性(與操做數)	目數	說明
1	.	點	從左到右	雙目
	( )	圓括號	從左到右
	[ ]	方括號	從左到右
2	+	正號	從右到左	單目
	-	負號	從右到左	單目
	++	自增	從右到左	單目	前綴增，後綴增
	- -	自減	從右到左		前綴減，後綴減
	~	按位非/取補運算	從右到左	單目
	！	邏輯非	從右到左	單目	「!」不能夠與「=」聯用
3	*	乘	從左到右	雙目
	/	除	從左到右	雙目	整數除法：取商的整數部分，小數部分去掉，不四捨五入
	%	取餘	從左到右	雙目
4	+	加	從左到右	雙目
	-	減	從左到右	雙目
5	<<	左移位運算符	從左到右	雙目
	>>	帶符號右移位運算符	從左到右	雙目
	>>>	無符號右移	從左到右	雙目
6	<	小於	從左到右	雙目	關係運算符「大於」說明
	<=	小於或等於	從左到右	雙目
	>	大於	從左到右	雙目
	>=	大於或等於	從左到右	雙目
	instanceof	肯定某對象是否屬於指定的類	從左到右	雙目
7	==	等於	從左到右	雙目	關係運算符「==」說明
	!=	不等於	從左到右	雙目
8	&	按位與	從左到右	雙目
9	|	按位或	從左到右	雙目
10	^	按位異或	從左到右	雙目
11	&&	短路與	從左到右	雙目
12	||	短路或	從左到右	雙目
13	? :	條件運算符	從右到左	三目
14	=	賦值運算符	從右到左	雙目
	+=	混合賦值運算符
	-=
	*=
	/=
	%=
	&=
	|=
	^=
	<<=
	>>=
	>>>=

小結

本節咱們介紹了算術運算，比較運算和邏輯運算，但咱們遺留了一些問題，好比：

• 正整數相乘的結果竟然出現了負數
• 很是基本的小數運算結果竟然不精確
• 字符類型怎麼也能夠進行算術運算和比較 

這是怎麼回事呢?