【转载】计算机程序的思惟逻辑 (3) - 基本运算

运算

第一节咱们谈了经过变量定义数据，上节咱们介绍了给数据赋值，有了初始值以后，能够对数据进行运算。计算机之因此称为"计算"机，是由于发明它的主要目的就是运算。运算有不一样的类型，不一样的数据类型支持的运算也不同，本文介绍Java中基本类型数据的主要运算。

• 算术运算：主要是平常的加减乘除
• 比较运算：主要是平常的大小比较
• 逻辑运算：针对布尔值进行运算

算术运算

算术运算符有加减乘除，符号分别是+-*/，另外还有取模运算符%，以及自增(++)和自减(--)运算符。取模运算适用于整数和字符类型，其余算术运算适用于全部数值类型和字符类型，其余都符合常识，但字符类型看上去比较奇怪，后续文章解释。

减号(-)一般用于两个数相减， 但也能够放在一个数前面，例如 -a, 这表示改变a的符号，原来的正数会变为负数，原来的负数会变为正数，这也是符合咱们常识的。

取模(%)就是数学中的求余数，例如，5%3是2，10%5是0。

自增(++)和自减(--)，是一种快捷方式，是对本身进行加一或减一操做。

加减乘除大部分状况和直观感受是同样的，都很容易理解，但有一些须要注意的地方，而自增自减稍微复杂一些，下面咱们解释下。

加减乘除注意事项

运算时要注意结果的范围，使用恰当的数据类型。两个正数均可以用int表示，但相乘的结果可能就会超，超出后结果会使人困惑，例如：

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

a的结果是-2。为何是-2咱们暂不解释，要避免这种状况，咱们的结果类型应使用long，但只改成long也是不够的，由于运算仍是默认按照int类型进行，须要将至少一个数据表示为long形式，即在后面加L或l，下面这样才会出现指望的结果：

long a = 2147483647*2L;

另外，须要注意的是，整数相除不是四舍五入，而是直接舍去小数位，例如：

double d = 10/4;

结果是2而不是2.5，若是要按小数进行运算，须要将至少一个数表示为小数形式，或者使用强制类型转化，即在数字前面加(double)，表示将数字看作double类型，以下所示任意一种形式均可以：

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

以上一些注意事项，我想也没什么特别的理由，大概是方便语言设计者实现语言吧。

小数计算结果不精确

不管是使用float仍是double，进行运算时都会出现一些很是使人困惑的现象，好比：

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

 这个结果看上去，不言而喻，应该是0.01，但实际上，屏幕输出倒是0.010000001，后面多了个1。换用double看看：

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

屏幕输出0.010000000000000002，一连串的0以后多了个2，结果也不精确。

这是怎么回事？看上去这么简单的运算，计算机怎么能计算不精确呢？但事实就是这样，究其缘由，咱们须要理解float和double的二进制表示，后续文章进行分析。

自增(++)/自减(--)

自增/自减是对本身作加一和减一操做，但每一个都有两种形式，一种是放在变量后，例如a++, a--，另外一种是放在变量前，例如++a, --a。

若是只是对本身操做，这两种形式也没什么差异，区别在于还有其余操做的时候。放在变量后(a++)，是先用原来的值进行其余操做，而后再对本身作修改，而放在变量前(++a)，是先对本身作修改，再用修改后的值进行其余操做。例如，快捷运算和其等同的运算分别是：

快捷运算	等同运算
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/自减是"快捷"操做，是让程序员少写代码的，但遗憾的是，因为比较奇怪的语法和诡异的行为，带给了初学者一些困惑。

比较运算

比较运算就是计算两个值之间的关系，结果是一个布尔类型(boolean)的值。比较运算适用于全部数值类型和字符类型。数值类型容易理解，但字符怎么比呢？后续文章解释。

比较操做符有：大于(>)，大于等于(>=)，小于(<)，小于等于(<=)，等于(==)，不等于(!=)。

大部分也都是比较直观的，须要注意的是等于。

首先，它使用两个等号==，而不是一个等号(=)，为何不用一个等号呢？由于一个等号(=)已经被占了，表示赋值操做。

另外，对于数组，==判断的是两个数组是否是同一个数组，而不是两个数组的元素内容是否同样，即便两个数组的内容是同样的，但若是是两个不一样的数组，==依然会返回false，以下所示：

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

// a==b的结果是false

若是须要比较数组的内容是否同样，须要逐个比较里面存储的每一个元素。

逻辑运算

逻辑运算根据数据的逻辑关系，生成一个布尔值true或者false。逻辑运算只可应用于boolean类型的数据，但比较运算的结果是布尔值，因此其余类型数据的比较结果可进行逻辑运算。

逻辑运算符具体有：

• 与(&)：两个都为true才是true，只要有一个是false就是false
• 或(|)：只要有一个为true就是true，都是false才是false
• 非(!)：针对一个变量，true会变成false, false会变成true
• 异或(^)：两个相同为false, 两个不相同为true
• 短路与(&&): 和&相似，不一样之处立刻解释
• 短路或 (||)：与|相似，不一样之处立刻解释

逻辑运算的大部分都是比较直观的，须要注意的是&和&&，以及|和||的区别。若是只是进行逻辑运算，它们也都是相同的，区别在于同时有其余操做的状况下，例如：

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

由于a为true，因此flag也为true，但b的结果为1，由于|后面的式子也会进行运算，即便只看a已经知道flag的结果，仍是会进行后面的运算。而||则不一样，若是最后一句的代码是：

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

则b的值仍是0，由于||会"短路"，即在看到||前面部分就能够断定结果的状况下，忽略||后面的运算。

这个例子咱们还能够看出，自增/自减操做带给咱们的困扰，别的操做都干干脆脆，赋值就赋值，加法就加法，比较就比较，它非混在一块儿，可能会少写些代码，但若是使用不当，会使理解困难不少。

运算符优先级

一个稍微复杂的运算可能会涉及多个变量，和多种运算，那哪一个先算，哪一个后算呢？程序语言规定了不一样运算符的优先级，有的会先算，有的会后算，大部分状况下，这个优先级与咱们的常识理解是相符的。

但在一些复杂状况下，咱们可能会搞不明白其运算顺序。但这个咱们不用太操心，可使用括号()来表达咱们想要的顺序，括号里的会先进行运算，简单的说，不肯定顺序的时候，就使用括号。

序列号	符号	名称	结合性(与操做数)	目数	说明
1	.	点	从左到右	双目
	( )	圆括号	从左到右
	[ ]	方括号	从左到右
2	+	正号	从右到左	单目
	-	负号	从右到左	单目
	++	自增	从右到左	单目	前缀增，后缀增
	- -	自减	从右到左		前缀减，后缀减
	~	按位非/取补运算	从右到左	单目
	！	逻辑非	从右到左	单目	“!”不能够与“=”联用
3	*	乘	从左到右	双目
	/	除	从左到右	双目	整数除法：取商的整数部分，小数部分去掉，不四舍五入
	%	取余	从左到右	双目
4	+	加	从左到右	双目
	-	减	从左到右	双目
5	<<	左移位运算符	从左到右	双目
	>>	带符号右移位运算符	从左到右	双目
	>>>	无符号右移	从左到右	双目
6	<	小于	从左到右	双目	关系运算符“大于”说明
	<=	小于或等于	从左到右	双目
	>	大于	从左到右	双目
	>=	大于或等于	从左到右	双目
	instanceof	肯定某对象是否属于指定的类	从左到右	双目
7	==	等于	从左到右	双目	关系运算符“==”说明
	!=	不等于	从左到右	双目
8	&	按位与	从左到右	双目
9	|	按位或	从左到右	双目
10	^	按位异或	从左到右	双目
11	&&	短路与	从左到右	双目
12	||	短路或	从左到右	双目
13	? :	条件运算符	从右到左	三目
14	=	赋值运算符	从右到左	双目
	+=	混合赋值运算符
	-=
	*=
	/=
	%=
	&=
	|=
	^=
	<<=
	>>=
	>>>=

小结

本节咱们介绍了算术运算，比较运算和逻辑运算，但咱们遗留了一些问题，好比：

• 正整数相乘的结果竟然出现了负数
• 很是基本的小数运算结果竟然不精确
• 字符类型怎么也能够进行算术运算和比较 

这是怎么回事呢?