Урок 13. Операторы.

Операторы в языке Java — это специальные символы, которые сообщают транслятору о том, что вы хотите выполнить операцию с некоторыми операндами. Некоторые операторы требуют одного операнда, их называют унарными. Одни операторы ставятся перед операндами и называются префиксными, другие — после, их называют постфиксными операторами. Большинство же операторов ставят между двумя операндами, такие операторы называются инфиксными бинарными операторами. Существует тернарный оператор, работающий с тремя операндами.

В Java имеется 44 встроенных оператора. Их можно разбить на 4 класса — арифметические, битовые, операторы сравнения и логические.

Арифметические операторы

Арифметические операторы используются для вычислений так же как в алгебре. Допустимые операнды должны иметь числовые типы. Например, использовать эти операторы для работы с логическими типами нельзя, а для работы с типом char можно, поскольку в Java тип char — это подмножество типа int.

Сложение

+ =

Сложение с присваиванием

Вычитание (также унарный минус)

Вычитание с присваиванием

Умножение

* =

Умножение с присваиванием

Деление

Деление с присваиванием

Деление по модулю

Деление по модулю с присваиванием

Инкремент

Декремент

Четыре арифметических действия

Ниже, в качестве примера, приведена простая программа, демонстрирующая использование операторов. Обратите внимание на то, что операторы работают как с целыми литералами, так и с переменными.

class BasicMath { public static void int a = 1 + 1;

int b = a * 3;

main(String args[]) {

int c = b / 4;

int d = b - а;

int e = -d;

System.out.println("a = " + а);

System.out.println("b = " + b);

System.out.println("c = " + c);

System.out.println("d = " + d);

System.out.println("e = " + e);

} }

Исполнив эту программу, вы должны получить приведенный ниже результат:

C: \ > java BasicMath

a = 2

b = 6

c = 1

d = 4

e = -4

Оператор деления по модулю

Оператор деления по модулю, или оператор mod, обозначается символом %. Этот оператор возвращает остаток от деления первого операнда на второй. В отличие от C++, функция mod в Java работает не только с целыми, но и с вещественными типами. Приведенная ниже программа иллюстрирует работу этого оператора.

class Modulus {

public static void main (String args []) {

int x = 42;

double у = 42.3;

System.out.println("x mod 10 = " + x % 10);

System.out.println("y mod 10 = " + у % 10);

} }

Выполнив эту программу, вы получите следующий результат:

С:\ > Modulus

x mod 10 = 2

y mod 10 = 2.3

Арифметические операторы присваивания

Для каждого из арифметических операторов есть форма, в которой одновременно с заданной операцией выполняется присваивание. Ниже приведен пример, который иллюстрирует использование подобной разновидности операторов.

class OpEquals {

public static void main(String args[]) {

int a = 1;

int b = 2;

int с = 3;

a += 5;

b *= 4;

c += a * b;

с %= 6;

System.out.println("a = " + a);

System.out.println("b = " + b);

System.out.println("c = " + c);

} }

А вот и результат, полученный при запуске этой программы:

С:> Java OpEquals

а = 6

b = 8

с = 3

Инкремент и декремент

В С существует 2 оператора, называемых операторами инкремента и декремента (++ и --) и являющихся сокращенным вариантом записи для сложения или вычитания из операнда единицы. Эти операторы уникальны в том плане, что могут использоваться как в префиксной, так и в постфиксной форме. Следующий пример иллюстрирует использование операторов инкремента и декремента.

class IncDec {

public static void main(String args[]) {

int a = 1;

int b = 2;

int c = ++b;

int d = a++;

c++;

System.out.println("a = " + a);

System.out.println("b = " + b);

System.out.println("c = " + c);

System.out.println("d = " + d);

} }

Результат выполнения данной программы будет таким:

C:\ java IncDec

a = 2

b = 3

c = 4

d = 1

Целочисленные битовые операторы

Для целых числовых типов данных — long, int, short, char и byte, определен дополнительный набор операторов, с помощью которых можно проверять и модифицировать состояние отдельных битов соответствующих значений. Операторы битовой арифметики работают с каждым битом как с самостоятельной величиной.

Побитовое унарное отрицание (NOT)

Побитовое И (AND)

Побитовое И (AND) с присваиванием

Побитовое ИЛИ (OR)

Побитовое ИЛИ (OR) с присваиванием

Побитовое исключающее ИЛИ (XOR)

Побитовое исключающее ИЛИ (XOR) с присваиванием

Сдвиг вправо

>> =

Сдвиг вправо с присваиванием

>>>

Сдвиг вправо с заполнением нулями

>>>=

Сдвиг вправо с заполнением нулями с присваиванием

Сдвиг влево

<<=

Сдвиг влево с присваиванием

Пример программы, манипулирующей с битами

Ниже показано, как каждый из операторов битовой арифметики воздействует на возможные комбинации битов своих операндов. Приведенный далее пример иллюстрирует использование этих операторов в программе на языке Java.

А В OR AND XOR NOT A

0 0 0 0 0 1

1 0 1 0 1 0

0 1 1 0 1 1

1 1 1 1 0 0

class Bitlogic {

public static void main(String args []) {

String binary[] = { "OOOO", "0001", "0010", "0011", "0100", "0101", "0110", "0111", "1000", "1001", "1010", "1011", "1100", "1101",

"1110", "1111" } ;

int a = 3; // 0+2+1 или двоичное 0011

int b = 6; // 4+2+0 или двоичное 0110

int c = a | b;

int d = a & b;

int e = a ^ b;

int f = (~a & b) | (a & ~b);

int g = ~a & 0x0f;

System.out.println(" a = " + binary[a]);

System.out.println(" b = " + binary[b]);

System.out.println(" ab = " + binary[c]);

System.out.println(" a&b = " + binary[d]);

System.out.println(" a^b = " + binary[e]);

System.out.рrintln("~a&b|а^~Ь = " + binary[f]);

System.out.println(" ~a = " + binary[g]);

} }

Ниже приведен результат, полученный при выполнении этой программы:

С: \ > Java BitLogic

a = 0011

b = 0110

a | b = 0111

a & b = 0010

a ^ b = 0101

~a & b | a & ~b = 0101

~а = 1100

Сдвиги влево и вправо

Оператор << выполняет сдвиг влево всех битов своего левого операнда на число позиций, заданное правым операндом. При этом часть битов в левых разрядах выходит за границы и теряется, а соответствующие правые позиции заполняются нулями. Если хотя бы один из операндов в выражении имеет тип long, то и тип всего выражения повышается до long.

Оператор >> означает в языке Java сдвиг вправо. Он перемещает все биты своего левого операнда вправо на число позиций, заданное правым операндом. Когда биты левого операнда выдвигаются за самую правую позицию слова, они теряются. При сдвиге вправо освобождающиеся старшие (левые) разряды сдвигаемого числа заполняются предыдущим содержимым знакового разряда. Такое поведение называют расширением знакового разряда.

В следующей программе байтовое значение преобразуется в строку, содержащую его шестнадцатеричное представление. Обратите внимание — сдвинутое значение приходится маскировать, то есть, логически умножать на значение 0х0f, для того, чтобы очистить заполняемые в результате расширения знака биты и понизить значение до пределов, допустимых при индексировании массива шестнадцатеричных цифр.

class HexByte {

static public void main(String args[]) {

char hex[] = { '0', '1, '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', 'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f } ;

byte b = (byte) 0xf1;

System.out.println(“b = 0x” + hex[(b >> 4) & 0x0f] + hex[b & 0x0f]);

} }

Ниже приведен результат работы этой программы:

С:\ > java HexByte

b = 0xf1

Беззнаковый сдвиг вправо

Часто требуется, чтобы при сдвиге вправо расширение знакового разряда не происходило, а освобождающиеся левые разряды просто заполнялись бы нулями.

class ByteUShift {

static public void main(String args[]) {

char hex[] { '0', '1’, '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', 'а', 'b', 'с', 'd', 'e', 'f’ } ;

byte b = (byte) 0xf1;

byte c = (byte) (b >> 4);

byte d = (byte) (b >> 4);

byte e = (byte) ((b & 0xff) >> 4);

System.out.println(" b = 0x" + hex(b >> 4) & 0x0f] + hex[b & 0x0f]);

System.out.println(“ b >> 4 = 0x" + hex[(c >> 4) & 0x0f] + hex[c & 0x0f]);

System.out.println(“b >>> 4 = 0x" + hex[(d >> 4) & 0x0f] + hex[d & 0x0f]);

System.out.println(“(b & 0xff) >> 4 = 0x" + hex[(e >> 4) & 0x0f] + hex[e & 0x0f]);

} }

Для этого примера переменную b можно было бы инициализировать произвольным отрицательным числом, мы использовали число с шестнадцатеричным представлением 0xf1. Переменной с присваивается результат знакового сдвига b вправо на 4 разряда. Как и ожидалось, расширение знакового разряда приводит к тому, что 0xf1 превращается в 0xff. Затем в переменную d заносится результат беззнакового сдвига b вправо на 4 разряда. Можно было бы ожидать, что в результате d содержит 0x0f, однако на деле мы снова получаем 0xff. Это — результат расширения знакового разряда, выполненного при автоматическом повышении типа переменной b до int перед операцией сдвига вправо. Наконец, в выражении для переменной е нам удается добиться желаемого результата — значения 0x0f. Для этого нам пришлось перед сдвигом вправо логически умножить значение переменной b на маску 0xff, очистив таким образом старшие разряды, заполненные при автоматическом повышении типа. Обратите внимание, что при этом уже нет необходимости использовать беззнаковый сдвиг вправо, поскольку мы знаем состояние знакового бита после операции AND.

С: \ > java ByteUShift

b = 0xf1

b >> 4 = 0xff

b >>> 4 = 0xff

b & 0xff) >> 4 = 0x0f

Битовые операторы присваивания

Так же, как и в случае арифметических операторов, у всех бинарных битовых операторов есть родственная форма, позволяющая автоматически присваивать результат операции левому операнду. В следующем примере создаются несколько целых переменных, с которыми с помощью операторов, указанных выше, выполняются различные операции.

class OpBitEquals {

public static void main(String args[]) {

int a = 1;

int b = 2;

int с = 3;

a |= 4;

b >>= 1;

с <<= 1;

а ^= с;

System.out.println("a = " + a);

System.out.println("b = " + b);

System.out.println("c = " + c);

} }

Результаты исполнения программы таковы:

С:\ > Java OpBitEquals

а = 3

b = 1

с = 6

Операторы отношения

Для того, чтобы можно было сравнивать два значения, в Java имеется набор операторов, описывающих отношение и равенство. Список таких операторов приведен ниже.

Оператор Результат

== равно

!= не равно

> больше

< меньше

>= больше или равно

<= меньше или равно

Значения любых типов, включая целые и вещественные числа, символы, логические значения и ссылки, можно сравнивать, используя оператор проверки на равенство == и неравенство !=. Обратите внимание — в языке Java, так же, как в С и C++ проверка на равенство обозначается последовательностью (==). Один знак (=) — это оператор присваивания.

Булевы логические операторы

Булевы логические операторы, сводка которых приведена ниже, оперируют только с операндами типа boolean. Все бинарные логические операторы воспринимают в качестве операндов два значения типа boolean и возвращают результат того же типа.

Оператор Результат

& логическое И (AND)

&= И (AND) с присваиванием

| логическое ИЛИ (OR)

= ИЛИ (OR) с присваиванием

^ логическое исключающее ИЛИ (XOR)

^= исключающее ИЛИ (XOR) с присваиванием

|| оператор OR быстрой оценки выражений (short circuit OR)

== равно

&& оператор AND быстрой оценки выражений (short circuit AND)

!= не равно

! логическое унарное отрицание (NOT)

?: тернарный оператор if-then-else

Результаты воздействия логических операторов на различные комбинации значений операндов показаны в таблице.

А В OR AND XOR NOT A

false false false false false true

true false true false true false

false true true false true true

true true true true false false

Программа, приведенная ниже, практически полностью повторяет уже знакомый вам пример BitLogic. Только но на этот раз мы работаем с булевыми логическими значениями.

class BoolLogic {

public static void main(String args[]) {

boolean a = true;

boolean b = false;

boolean с = a | b;

boolean d = a & b;

boolean e = a ^ b;

boolean f = (!a & b) | (a & !b);

boolean g = !a;

System.out.println(" a = " + a);

System.out.println(" b = " + b);

System.out.println(" a|b = " + c);

System.out.println(" a&b = " + d);

System.out.println(" a^b = " + e);

System.out.println("!a&b|a&!b = " + f);

System.out.println(" !a = " + g);

} }

Результат:

С: \ > Java BoolLogic

а = true

b = false

a|b = true

a&b = false

a^b = true

!a&b|a&!b = true

!a = false

Операторы быстрой оценки логических выражений (short circuit logical operators)

Существуют два интересных дополнения к набору логических операторов. Это — альтернативные версии операторов AND и OR, служащие для быстрой оценки логических выражений. Вы знаете, что если первый операнд оператора OR имеет значение true, то независимо от значения второго операнда результатом операции будет величина true. Аналогично в случае оператора AND, если первый операнд — false, то значение второго операнда на результат не влияет — он всегда будет равен false. Если вы в используете операторы && и || вместо обычных форм & и |, то Java не производит оценку правого операнда логического выражения, если ответ ясен из значения левого операнда. Общепринятой практикой является использование операторов && и || практически во всех случаях оценки булевых логических выражений. Версии этих операторов & и | применяются только в битовой арифметике.

Тернарный оператор if-then-else

Общая форма оператора if-then-use такова:

выражение1? выражение2: выражениеЗ

В качестве первого операнда — “выражение1” — может быть использовано любое выражение, результатом которого является значение типа boolean. Если результат равен true, то выполняется оператор, заданный вторым операндом, то есть, “выражение2”. Если же первый операнд paвен false, то выполняется третий операнд — “выражениеЗ”. Второй и третий операнды, то есть, “выражение2” и “выражениеЗ”, должны возвращать значения одного типа и не должны иметь тип void.

В приведенной ниже программе этот оператор используется для проверки делителя перед выполнением операции деления. В случае нулевого делителя возвращается значение 0.

class Ternary {

public static void main(String args[]) {

int a = 42;

int b = 2;

int c = 99;

int d = 0;

int e = (b == 0) ? 0 : (a / b);

int f = (d == 0) ? 0 : (c / d);

System.out.println("a = " + a);

System.out.println("b = " + b);

System.out.println("c = " + c);

System.out.println("d = " + d);