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《从头开始学java,一天一个知识点》之:运算符与表达式:算术、比较和逻辑运算

原创
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Jimaks
发布2025-03-06 09:30:40
发布2025-03-06 09:30:40
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你是否也经历过这些崩溃瞬间?

  • 看了三天教程,连i++++i的区别都说不清
  • 面试时被追问"a==bequals()的区别",大脑突然空白
  • 写出的代码总是莫名报NPE,却不知道问题出在哪个运算符

🚀 这个系列就是为你打造的Java「速效救心丸」!

我们承诺

✅ 每天1分钟:地铁通勤、午休间隙即可完成学习

✅ 直击痛点:只讲高频考点和实际开发中的「坑位」

✅ 拒绝臃肿:没有冗长概念堆砌,每篇都有可运行的代码标本

明日预告:《控制流程:if-else条件语句实战》

一、🎞️初识运算符:代码世界的数学法则(代码实例)

代码语言:java
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// 算术运算
int result = 10 + 3 * 5; // 结果=25(不是65!)
double pi = Math.PI % 3; // 取模运算的特殊用法

// 比较运算
boolean flag = (new Integer(127) == 127); // 自动拆箱陷阱

// 逻辑运算
String user = null;
if (user != null && user.length() > 0) { // 短路运算避免NPE
    System.out.println("Valid user");
}

***

二、👓实战对比视角:跨语言运算符的暗礁

1. Java vs Python优先级差异

代码语言:python
代码运行次数:0
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# Python中**优先级高于位运算
print(2 ** 3 & 1)  # 输出0 → (8) & 1
代码语言:java
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// Java中位运算符优先级混乱
System.out.println(2 * 3 & 1); // 输出0 → (6) & 1
System.out.println(8 ^ 3 << 1); // 输出22 → 8^(6)

开发警示:Java的<<优先级低于算术运算符,混合使用时建议显式加括号

🎢2. i++与++i性能实测

代码语言:java
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// JMH基准测试结果(ns/op)
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
public class IncrementBenchmark {
    @Benchmark
    public void prefix() {
        for (int i = 0; i < 1_000_000; ++i) {}
    }

    @Benchmark
    public void postfix() {
        for (int i = 0; i < 1_000_000; i++) {}
    }
}
// 测试结果差异 <1%(现代JVM已优化)

结论:性能差异可忽略,代码可读性优先

***

三、🍤高频面试陷阱:你能全躲过吗?

1. 类型转换谜题

代码语言:java
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Object result = (short)1 + (byte)2; // 实际类型是int!
System.out.println(result.getClass()); // class java.lang.Integer

2. 字符串比较陷阱

代码语言:java
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String s1 = new String("Java");
String s2 = "Java";
System.out.println(s1 == s2); // false
System.out.println(s1.equals(s2)); // true

3. 三目运算符的自动拆箱

代码语言:java
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Integer a = null;
int b = true ? a : 0; // 抛出NPE

***

四、💂工程化思维:从代码到生产级方案

1. 防御性编程示例

代码语言:java
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public void processOrder(Order order) {
    // 使用短路与避免深层null检查
    if (order != null 
        && order.getUser() != null
        && order.getUser().getAddress() != null) {
        // 安全操作
    }
}

2. 金额计算工具类

代码语言:java
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public class MoneyUtil {
    // 使用分作为基本单位避免浮点误差
    public static int add(int centsA, int centsB) {
        return centsA + centsB;
    }
    
    public static String format(int cents) {
        return cents / 100 + "." + cents % 100;
    }
}

***

五、🫠可视化记忆:让知识刻进DNA

1. 运算符优先级口诀

代码语言:txt
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单算移关与,异或逻条赋
(谐音:单身算一关,鱼饵逻辑调副)
解释:单目→算术→移位→关系→按位与→异或→按位或→逻辑与→逻辑或→三目→赋值

2. 逻辑运算ASCII流程图

代码语言:txt
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   a > b?
  /      \
true    false
 |        |
c != d?  整个表达式=false
/     \
true  false
 |      |
整个   整个
表达式=true 表达式=false

***

六、⚓深度解析:运算符背后的计算机科学原理

一、JVM视角下的运算符执行机制

1. 类型提升的字节码证据

代码语言:java
复制
byte a = 10;
short b = 20;
int c = a + b; // 查看字节码:
代码语言:txt
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iload_1    // 加载byte类型变量(实际转为int)
iload_2    // 加载short类型变量(转为int)
iadd       // 执行int相加
istore_3   // 存储结果

本质揭示:JVM运算最小单位是int类型,所有小于int的类型运算都会发生隐式类型转换

2. 逻辑运算符的短路实现

代码语言:java
复制
if (a() && b()) { ... }

对应字节码:

代码语言:txt
复制
invokestatic a()Z
ifeq falseLabel // 如果a()为false直接跳转
invokestatic b()Z
ifeq falseLabel

***

二、编译器优化黑魔法

1. 常量折叠优化

代码语言:java
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int x = 10 + 20 * 3; 
// 编译后直接变为:
int x = 70;

2. 循环中的前缀/后缀优化

现代编译器会将:

代码语言:java
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for (int i=0; i<100; i++) {}

优化为:

代码语言:java
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for (int i=0; i<100; ++i) {}

三、运算符在算法中的妙用

1. 快速判断2的幂次

代码语言:java
复制
boolean isPowerOfTwo = (n & (n - 1)) == 0;

2. 不用临时变量交换数值

代码语言:java
复制
a ^= b;
b ^= a;
a ^= b;

3. RGB颜色解码器

代码语言:java
复制
int rgb = 0xFF0099;
int red = (rgb >> 16) & 0xFF;   // 0xFF
int green = (rgb >> 8) & 0xFF;  // 0x00
int blue = rgb & 0xFF;          // 0x99

4.布隆过滤器位操作

代码语言:java
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// 使用位运算快速定位多个哈希位置
long[] bits = new long[1024];
int hash1 = ...;
int hash2 = ...;
bits[hash1 >> 6] |= (1L << (hash1 & 0x3F));
bits[hash2 >> 6] |= (1L << (hash2 & 0x3F));

七、🤔字节码视角:揭开运算符的底层面纱

1. 自增运算的指令差异

代码语言:java
复制
// 原始代码
void demo() {
    int i = 0;
    i++;
    ++i;
}

// javap -c 反编译结果
0: iconst_0
1: istore_1
2: iinc        1, 1  // i++ 直接修改局部变量表
5: iinc        1, 1  // ++i 同样优化为iinc指令

洞见:现代JVM已优化前缀/后缀自增的底层实现,性能差异更多存在于理论层面

***

八、🌅热点场景:框架中的运算符艺术

1. Spring条件注解的运算符运用

代码语言:java
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    @Configuration
    @ConditionalOnExpression(
        "#{T(java.lang.Math).random() > 0.5} " +
        "&& '${server.env}' == 'prod'"
    )
    public class RiskControlConfig {
        // 动态启用配置
    }

2. MyBatis动态SQL中的比较陷阱

代码语言:xml
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    <if test="age != null and age > 18">
       AND status = 'ADULT'
    </if>
    <!-- 必须同时判空与比较,避免NPE -->

***

九、❤️调试技巧:运算符引发的诡异Bug

1. 浮点数精度幽灵

代码语言:java
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    // 错误现象
    System.out.println(0.1 + 0.2 == 0.3); // false

    // 调试方案
    BigDecimal a = new BigDecimal("0.1");
    BigDecimal b = new BigDecimal("0.2");
    System.out.println(a.add(b).equals(new BigDecimal("0.3"))); // true

2. 三目运算符类型推导

代码语言:java
复制
    // 编译错误示例
    Object o = true ? "hello" : 123; 
    // 实际类型是Serializable接口类型!

***

十、👮工具武装:让IDE成为你的侦察兵

1. IDEA运算符检测配置

  1. 开启悬浮提示:显示运算符优先级
  2. 启用自动括号补全(Preferences → Editor → General → Smart Keys)
  3. 配置代码检查规则:检测可能的位运算错误

***

十一、🧁安全红线和最佳实践

禁止清单

🚫 在商业计算中使用float/double\

🚫 在复杂表达式中混合使用不同类运算符\

🚫 在循环条件中使用带有副作用的表达式

推荐模式

✅ 金额计算统一使用BigDecimal或分存储\

✅ 多运算符表达式显式使用括号\

✅ 逻辑判断前进行防御性空检查

***

十二、🎗️自我检验:你的Java运算符段位

青铜级

  • 能正确使用基本算术运算符
  • 理解==和equals的区别

王者级

  • 能解释自动装箱拆箱对运算符的影响
  • 会使用位运算优化权限控制系统
  • 能诊断运算符优先级引发的生产事故

***

代码语言:java
复制
    // 终极挑战:预测输出结果
    public class OperatorQuiz {
        public static void main(String[] args) {
            int x = 5;
            x += x++ * ++x / x--;
            System.out.println(x); // 答案见文末
        }
    }

(答案:通过反编译分析可得最终结果,此处暂不揭晓以鼓励读者实践)

原创声明:本文系作者授权腾讯云开发者社区发表,未经许可,不得转载。

如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

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