滚雪球学Java(09)：运算符、表达式和语句

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前言

在学习Java中，运算符、表达式和语句是非常重要的概念。只有掌握了这些基础知识，才能编写出高效、优质的Java代码。在本篇文章中，将介绍Java运算符、表达式和语句的基础概念，以及它们的使用方法和注意事项。

摘要

在Java中，运算符、表达式和语句是编写程序的基础。本文介绍了Java中各种常见运算符的使用方法、表达式的构成方式，以及一些常见的语句类型。在编写Java程序时，请注意运算符和表达式的优先级，以及语句的执行顺序。使用本文所介绍的知识，可以编写出高效、稳定的Java程序。

内容

运算符

Java中的运算符包括算术运算符、位运算符、关系运算符、逻辑运算符等。下面分别介绍这些运算符的基础概念和使用方法。

算术运算符

算术运算符包括加、减、乘、除、取余数等。下面列出了Java中常用的算术运算符：

+  加法运算符
-  减法运算符
*  乘法运算符
/  除法运算符
%  取余数运算符

算术运算符可以用于数值类型的变量，例如int、double等。在使用除法运算符/时要注意除数不能为0，否则程序会抛出异常。

位运算符

位运算符是将数据按位进行运算的运算符。在Java中，可以使用以下位运算符：

&  按位与
|  按位或
^  按位异或
~  按位取反
<< 左移运算符
>> 右移运算符（带符号）
>>>右移运算符（不带符号）

位运算符可以用于整型、长整型、短整型、字符型数据类型中。其中，左移运算符<<将数据向左移动指定的位数，右移运算符>>将数据向右移动指定的位数。注意，右移运算符>>是带符号的，意味着对于正数数据会在左侧补0，而对于负数数据会在左侧补1，因此有可能改变原有数据的正负性。而右移运算符>>>则是不带符号的，不考虑数据的正负性。

关系运算符

关系运算符用于比较两个变量的值是否相等，或大小关系。Java中常用的关系运算符包括：

==  相等运算符
!=  不相等运算符
>   大于运算符
>=  大于等于运算符
<   小于运算符
<=  小于等于运算符

关系运算符通常用于if语句、while语句、for语句等条件判断语句中。

逻辑运算符

逻辑运算符用于对两个或多个boolean变量进行逻辑运算。Java中常用的逻辑运算符包括：

!   非运算符
&&  与运算符
||  或运算符

逻辑运算符通常用于条件判断语句中，例如if语句、while语句等。注意，逻辑运算符具有短路特性，即若第一个运算数已经能够确定整个表达式的值，则不会计算第二个运算数。

赋值运算符

赋值运算符用于将一个变量的值赋给另一个变量。Java中常用的赋值运算符包括：

=   简单赋值运算符
+=  加等于运算符
-=  减等于运算符
*=  乘等于运算符
/=  除等于运算符
%=  取余等于运算符
<<= 左移等于运算符
>>= 右移等于运算符
&=  按位与等于运算符
^=  按位异或等于运算符
|=  按位或等于运算符

表达式

在Java中，表达式是由运算符、操作数和操作符所组成的式子。在编写程序时，表达式是非常常见的代码形式。下面介绍一些常见的表达式类型。

算术表达式

算术表达式是由算术运算符、操作数和括号所组成的式子。例如：

int a = 5;
int b = 3;
int c = a + b * 2;  // c的值为11

在算术表达式中，加减运算符会先于乘除运算符计算，而括号中的计算会优先于其他运算。

关系表达式

关系表达式是由关系运算符、操作数和括号所组成的式子。例如：

int a = 5;
int b = 3;
boolean c = a > b;  // c的值为true

在关系表达式中，运算结果为boolean类型（true或false）。

逻辑表达式

逻辑表达式是由逻辑运算符、操作数和括号所组成的式子。例如：

int a = 5;
int b = 3;
boolean c = (a > b) && (a < 10);  // c的值为true

在逻辑表达式中，运算结果为boolean类型（true或false）。

赋值表达式

赋值表达式是由赋值运算符、操作数和括号所组成的式子。例如：

int a = 5;
a += 3;  // a的值为8

在赋值表达式中，赋值运算符将右侧的值赋给左侧的变量。

语句

顺序语句

顺序语句是按照代码的编写顺序依次执行的语句。例如：

int x = 1;
int y = 2;
int z = x + y;
System.out.println(z);

在这个例子中，变量 x 和 y 的值被相加，并把结果存储在变量 z 中。然后，z 的值被打印出来。

分支语句

分支语句使程序在不同的条件下执行不同的代码。常见的分支语句有 if 和 switch 语句。

if 语句

if 语句的基本语法如下：

if (condition) {
    // Code to be executed if the condition is true
}

例如，我们可以使用 if 语句来判断一个数是否为正数：

int x = 5;
if (x > 0) {
    System.out.println("x is a positive number");
}

如果变量 x 的值大于 0，那么 println 语句就会被执行。

我们也可以在 if 语句中使用 else 子句来执行另一段代码：

int x = -5;
if (x > 0) {
    System.out.println("x is a positive number");
} else {
    System.out.println("x is not a positive number");
}

在这个例子中，当变量 x 的值小于等于 0 时，会执行 else 子句中的代码。

代码解析：

  代码中定义了一个整数变量x，并将其赋值为-5。然后使用if-else语句来判断x的值是否大于0。由于x的值为-5，不满足大于0的条件，所以执行else语句块的代码，输出结果为"x is not a positive number"。

switch 语句

switch 语句根据一个表达式的值来执行不同的代码块。它的语法如下：

switch (expression) {
    case value1:
        // Code to be executed if expression matches value1
        break;
    case value2:
        // Code to be executed if expression matches value2
        break;
    ...
    default:
        // Code to be executed if expression doesn't match any value
}

例如，我们可以使用 switch 语句来判断一个数字的大小：

int x = 3;
switch (x) {
    case 1:
        System.out.println("x is one");
        break;
    case 2:
        System.out.println("x is two");
        break;
    case 3:
        System.out.println("x is three");
        break;
    default:
        System.out.println("x is not one, two or three");
}

在这个例子中，当变量 x 的值为 3 时，会执行 case 3 中的代码。

代码解析：

  这段代码使用了Java中的switch语句来根据变量x的值执行不同的代码块。

首先，在程序开始处定义了一个整数变量x并赋值为3。

然后，使用switch语句判断x的值。

根据x的值，程序会执行对应的case语句块。这里x的值是3，所以会执行case 3的语句块。

case 3语句块中的代码是打印字符串"x is three"。然后使用break语句来跳出switch语句。

因此，当运行这段代码时，控制台会输出"x is three"。

循环语句

循环语句用于重复执行一段代码。常见的循环语句有 for、 while 和 do-while 循环。

for 循环

for 循环的基本语法如下：

for (initialization; condition; update) {
    // Code to be executed in each iteration
}

例如，我们可以使用 for 循环来计算 1~10 的和：

int sum = 0;
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
    sum += i;
}
System.out.println("Sum of 1 to 10 is " + sum);

在这个例子中，变量 sum 初始值为 0。在每次循环中，变量 i 的值从 1 开始增加，直到达到 10。在每次循环中，变量 i 的值都会被加到 sum 中。最后，变量 sum 的值被打印出来。

代码解析：

  这段代码的目的是计算并输出从1到10的所有整数的总和。

首先，创建一个整数变量sum，并将其初始化为0。

然后，使用for循环从1到10遍历所有整数。循环变量i从1开始，每次循环结束后增加1，直到i等于10。

在每次循环中，将i的值加到sum变量上。

循环结束后，使用System.out.println()方法打印输出结果。将字符串"Sum of 1 to 10 is "与sum的值连接起来输出。

最终的输出结果将是"Sum of 1 to 10 is 55"。因为从1到10的所有整数的总和是55。

while 循环

while 循环的基本语法如下：

while (condition) {
    // Code to be executed in each iteration
}

例如，我们可以使用 while 循环来打印 1~5：

int i = 1;
while (i <= 5) {
    System.out.println(i);
    i++;
}

在这个例子中，变量 i 的值从 1 开始增加，直到达到 5，每次循环中都会打印出变量 i 的值。

代码解析：

  这段代码使用了一个while循环来打印从1到5的数字。首先，在循环开始之前，将变量i初始化为1。然后，循环条件检查i是否小于等于5，如果是，则执行循环体内的代码。在循环体内，打印当前的i的值，并将i的值增加1。然后，循环再次检查循环条件，如果满足则继续执行循环体内的代码。当i的值增加到6时，不满足循环条件，循环终止。因此，这段代码将会输出以下结果：

1

2

3

4

5

do-while 循环

do-while 循环与 while 循环类似，只是它会在执行循环体之前先执行一次循环条件判断。它的基本语法如下：

do {
    // Code to be executed in each iteration
} while (condition);

例如，我们可以使用 do-while 循环来打印 1~5：

int i = 1;
do {
    System.out.println(i);
    i++;
} while (i <= 5);

在这个例子中，变量 i 的值从 1 开始增加，直到达到 5，每次循环中都会打印出变量 i 的值。

代码解析：

  这段代码的作用是打印1到5的数字。

解析:

1. 初始化一个变量i为1。
2. 进入do-while循环，先执行循环体内的代码，打印出i的值。
3. 执行完循环体内的代码后，将i的值加1。
4. 判断i是否小于等于5，如果是，则继续执行循环体内的代码，否则跳出循环。
5. 重复步骤2到4，直到i的值大于5，循环结束。

因此，这段代码会依次打印出1、2、3、4、5。

跳转语句

跳转语句允许我们跳转到程序的其他部分。Java 中的跳转语句有 break、 continue 和 return。

break 语句

break 语句用于跳出循环或者 switch 语句。例如：

for (int i = 0; i < 10; i++) {
    System.out.println(i);
    if (i == 5) {
        break;
    }
}

在这个例子中，当变量 i 的值为 5 时，会执行 break 语句并跳出循环。

代码解析：

  这段代码是一个简单的循环语句，用于打印从0到9的数字。代码解析如下：

• 循环开始时，将变量i初始化为0。
• 在每次循环迭代中，首先打印变量i的值。
• 接下来，使用一个条件判断语句检查变量i是否等于5。
• 如果变量i等于5，那么执行break语句，意味着跳出循环。
• 如果变量i不等于5，那么继续循环。
• 在每次循环迭代结束时，将变量i的值增加1。
• 当变量i达到5时，循环终止，并且不会再进入下一次迭代。
• 最后，程序结束。

因此，运行这段代码会输出以下结果：

0

1

2

3

4

5

continue 语句

continue 语句用于跳过循环中的某一次迭代。例如：

for (int i = 0; i < 10; i++) {
    if (i == 5) {
        continue;
    }
    System.out.println(i);
}

在这个例子中，当变量 i 的值为 5 时，会跳过循环中的代码并进行下一次循环。

代码解析：

  这段代码使用了一个for循环，循环条件是i小于10。每次循环开始时，先判断i是否等于5，如果是，则执行continue语句，跳过本次循环的剩余代码，直接进入下一次循环。如果i不等于5，则执行System.out.println(i)语句，打印当前的i的值。这段代码的输出结果将是：

0

1

2

3

4

6

7

8

9

return 语句

return 语句用于从方法中返回值。例如：

public int add(int x, int y) {
    return x + y;
}

在这个例子中，方法 add 接收两个参数 x 和 y，并返回它们的和。

代码解析：

  这段代码是一个简单的Java方法，名为add，其返回类型为int。它接受两个int类型的参数x和y，并返回它们的和。

具体解析如下：

1. public int add(int x, int y)：这是方法的声明部分。关键字public表示该方法可以被其他类访问。int表示返回类型，即该方法返回一个int值。add是方法的名字，后面的括号内是参数列表。在这个例子中，有两个参数：一个是名为x的int型参数，另一个是名为y的int型参数。
2. {：这个左花括号标志着方法体的开始。
3. return x + y;：这是方法体内的主要代码。return关键字用于将结果返回给调用该方法的地方。本例中，该方法返回x和y的和。x和y相加的结果将作为返回值。
4. }：这个右花括号标志着方法体的结束。

  注意，这段代码仅仅是一个方法的定义，并没有调用该方法。要使用这个方法，需要在另一个类或方法中进行调用。

测试用例

以下是一个测试用例，用于测试 for 循环：

@Test
public void testForLoop() {
    int sum = 0;
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        sum += i;
    }
    assertEquals(55, sum);
}

在这个测试用例中，我们使用 for 循环来计算 1~10 的和，并断言结果是否为 55。

代码解析：

  这段代码是一个测试方法，用于测试一个 for 循环的功能。

首先，定义了一个 int 类型的变量 sum 并初始化为 0。

然后，使用 for 循环语句，设置循环变量 i 的初始值为 1，循环条件为 i 小于等于 10。循环体内，将 i 的值累加到 sum 上。

最后，使用断言语句 assertEquals()，判断 sum 的值是否等于 55。如果相等，则测试通过，否则测试失败。

总之，这段代码的目的是测试一个 for 循环的功能，计算从 1 到 10 的整数的和，并判断结果是否为 55。

全文小结

Java中的运算符、表达式和语句是程序中必不可少的元素，下面是它们的一些概述：

运算符：

• Java的运算符包括算术运算符、比较运算符、逻辑运算符、位运算符等。
• 位运算符可以直接操作二进制数，对于一些需要直接操作二进制数的问题，使用位运算符可以提高效率。

表达式：

• 表达式是由运算符和操作数构成的序列，可以用来计算出一个值。
• Java中的表达式可以由常量、变量、运算符和方法调用等组成。
• 在Java中，表达式的类型必须与所赋值的变量类型兼容。

语句：

• Java中的语句用于控制程序的执行流程，包括条件语句、循环语句、跳转语句等。
• 条件语句用于根据条件的真假来决定程序的执行流程，包括if语句、switch语句等。
• 循环语句用于重复执行某个代码块，包括for循环、while循环、do-while循环等。
• 跳转语句用于改变程序的执行流程，包括break、continue和return语句。

综上所述，运算符、表达式和语句是Java程序中必不可少的元素，对于Java程序员来说，掌握它们的特性和使用方法是非常重要的。

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