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Justin Lin
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docs/CH03.md

Lines changed: 288 additions & 1 deletion
Original file line numberDiff line numberDiff line change
@@ -707,4 +707,291 @@ public class OddDecider {
707707

708708
## 3.3.5 邏輯、位元運算 ##
709709

710-
待續 ...
710+
大於、小於的運算會了,但如果想要同時進行兩個以上的條件判斷呢?例如分數大於 80 「且」小於 90 的判斷。在邏輯上有 所謂的「且」(And)、「或」(Or)與「反」(Inverse),在 Java 中也提供這幾個基本邏輯運算所需的「邏輯運算子」(Logical operator),分別為「且」(&&)、「或」(||)及「反相」(!)三個運算子。
711+
來看看範例 3.17 會輸出什麼?
712+
713+
#### **範例3.17 LogicalOperator.java**
714+
```java
715+
public class LogicalOperator {
716+
public static void main(String[] args) {
717+
int number = 75;
718+
System.out.println((number > 70 && number < 80));
719+
System.out.println((number > 80 || number < 75));
720+
System.out.println(!(number > 80 || number < 75));
721+
}
722+
}
723+
```
724+
725+
三段陳述句分別會輸出 true、false 與 true 三種結果,分別表示 number 大於 70「且」小於 80 為真、number 大於 80「或」小於 75 為假、number 大於 80「或」小於 75 的「相反」為真。
726+
727+
接下來看看「位元運算子」(Bitwise operator),在數位設計上有 AND、OR、NOT、XOR 與補數等運算,在 Java 中提供這些運算的就是位元運算子,它們的對應分別是&(AND)、|(OR)、^(XOR)與~(補數)。
728+
729+
如果您不會基本的位元運算,可以從範例3.18中瞭解各個位元運算的結果。
730+
731+
#### **範例3.18 BitwiseOperator.java**
732+
```java
733+
public class BitwiseOperator {
734+
public static void main(String[] args) {
735+
System.out.println("AND運算:");
736+
System.out.println("0 AND 0\t\t" + (0 & 0));
737+
System.out.println("0 AND 1\t\t" + (0 & 1));
738+
System.out.println("1 AND 0\t\t" + (1 & 0));
739+
System.out.println("1 AND 1\t\t" + (1 & 1));
740+
741+
System.out.println("\nOR運算:");
742+
System.out.println("0 OR 0\t\t" + (0 | 0));
743+
System.out.println("0 OR 1\t\t" + (0 | 1));
744+
System.out.println("1 OR 0\t\t" + (1 | 0));
745+
System.out.println("1 OR 1\t\t" + (1 | 1));
746+
747+
System.out.println("\nXOR運算:");
748+
System.out.println("0 XOR 0\t\t" + (0 ^ 0));
749+
System.out.println("0 XOR 1\t\t" + (0 ^ 1));
750+
System.out.println("1 XOR 0\t\t" + (1 ^ 0));
751+
System.out.println("1 XOR 1\t\t" + (1 ^ 1));
752+
}
753+
}
754+
```
755+
756+
執行結果就是各個位元運算的結果:
757+
758+
AND運算:
759+
0 AND 0 0
760+
0 AND 1 0
761+
1 AND 0 0
762+
1 AND 1 1
763+
764+
OR運算:
765+
0 OR 0 0
766+
0 OR 1 1
767+
1 OR 0 1
768+
1 OR 1 1
769+
770+
XOR運算:
771+
0 XOR 0 0
772+
0 XOR 1 1
773+
1 XOR 0 1
774+
1 XOR 1 0
775+
776+
Java 中的位元運算是逐位元運算的,例如 10010001 與 01000001 作 AND 運算,是一個一個位元對應運算,答案就是 00000001;而補數運算是將所有的位元 0 變 1,1 變 0,例如 00000001 經補數運算就會變為 11111110,例如下面這個程式所示:
777+
778+
byte number = 0;
779+
System.out.println((int)(~number));
780+
781+
這個程式會在主控台顯示 -1,因為 byte 佔記憶體一個位元組,它儲存的 0 在記憶體中是 00000000,經補數運算就變成 11111111,這個數在電腦中用整數表示則是 -1。
782+
783+
要注意的是,邏輯運算子與位元運算子也是很常被混淆的,像是'&&'與'&','||'與 '|',初學時可得多注意。
784+
785+
位元運算對初學者來說的確較不常用,但如果用的恰當的話,可以增進不少程式效率,例如範例 3.19 可以判斷使用者的輸入是否為奇數:
786+
787+
#### **範例3.19 OddDecider2.java**
788+
```java
789+
import java.util.Scanner;
790+
791+
public class OddDecider2 {
792+
public static void main(String[] args) {
793+
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
794+
795+
System.out.print("請輸入數字: ");
796+
int number = scanner.nextInt();
797+
System.out.println("是否為奇數? " +
798+
((number&1) != 0 ? '' : ''));
799+
}
800+
}
801+
```
802+
803+
執行結果:
804+
805+
請輸入數字: 66
806+
是否為奇數? 否
807+
808+
範例 3.19 得以運作的原理是,奇數的數值若以二進位來表示,其最右邊的位元必為 1,而偶數最右邊的位元必為 0,所以您使用1來與輸入的值作 AND 運算,由於 1 除了最右邊的位元為 1 之外,其它位元都會是 0,與輸入數值 AND 運算的結果,只會留下最右邊位元為 0 或為 1 的結果,其它部份都被 0 AND 運算遮掉了,這就是所謂「位元遮罩」,例如 4 與 1 作 AND 運算的結果會是 0,所以判斷為偶數:
809+
810+
整數4:00000100
811+
整數1:00000001
812+
AND 運算後:00000000
813+
814+
而 3 與 1 作 AND 運算的結果是 1,所以判斷為奇數:
815+
816+
整數3:00000011
817+
整數1:00000001
818+
AND運算後:00000001
819+
820+
XOR 的運算較不常見,範例 3.20 舉個簡單的 XOR 字元加密例子。
821+
822+
#### **範例3.20 XorCode.java**
823+
```java
824+
public class XorCode {
825+
public static void main(String[] args) {
826+
char ch = 'A';
827+
System.out.println("編碼前:" + ch);
828+
829+
ch = (char)(ch^7);
830+
System.out.println("編碼後:" + ch);
831+
832+
ch = (char)(ch^7);
833+
System.out.println("解碼:" + ch);
834+
}
835+
}
836+
```
837+
838+
0x7 是 Java 中整數的 16 進位寫法,其實就是 10 進位的 7,將位元與 1 作 XOR 的作用其實就是位元反轉,0x7 的最右邊三個位元為 1,所以其實就是反轉 ch 變數的最後兩個位元,如下所示:
839+
840+
ASCII 中的 'A' 字元編碼為 65:01000001
841+
整數 7:00000111
842+
XOR 運算後:01000110
843+
844+
01000110 就是整數 70,對應 ASCII 中的字元 'F' 之編碼,所以用字元方式顯示時會顯示 'F' 字元,同樣的,這個簡單的 XOR 字元加密,要解密也只要再進行相同的位元反轉就可以了,看看範例 3.20 的執行結果:
845+
846+
編碼前:A
847+
編碼後:F
848+
解碼:A
849+
850+
> **良葛格的話匣子** 要注意的是,我雖然在說明時都只寫下 8 個位元的值來說明,這只是為了解說方便而已。實際的位元長度在運算時,需依資料型態所佔的記憶體長度而定,例如在使用 int 型態的 0 作運算時,要考慮的是 32 個位元長度,而不是只有 8 個位元,因為 int 佔有 4 個位元組,也就是實際上是 00000000 00000000 00000000 00000000。
851+
852+
在位元運算上,Java 還有左移(<<)與右移(>>)兩個運算子,左移運算子會將所有的位元往左移指定的位數,左邊被擠出去的位元會被丟棄,而右邊會補上0;右移運算則是相反,會將所有的位元往右移指定的位數,右邊被擠出去的位元會被丟棄,至於最左邊補上原來的位元,如果左邊原來是 0 就補 0,1 就補 1。另外還有 >>> 運算子,這個運算子在右移後,一定在最左邊補上 0。
853+
854+
範例 3.21 使用左移運算來作簡單的2次方運算示範。
855+
856+
#### **範例3.21 ShiftOperator.java**
857+
```java
858+
public class ShiftOperator {
859+
public static void main(String[] args) {
860+
int number = 1;
861+
System.out.println( "2的0次: " + number);
862+
863+
number = number << 1;
864+
System.out.println("2的1次: " + number);
865+
866+
number = number << 1;
867+
System.out.println("2的2次: " + number);
868+
869+
number = number << 1;
870+
System.out.println("2的3次:" + number);
871+
}
872+
}
873+
```
874+
875+
執行結果:
876+
877+
2的0次: 1
878+
2的1次: 2
879+
2的2次: 4
880+
2的3次:8
881+
882+
實際來左移看看就知道為何可以如此作次方運算了:
883+
884+
00000001 -> 1
885+
00000010 -> 2
886+
00000100 -> 4
887+
00001000 -> 8
888+
889+
> **良葛格的話匣子** 位元運算對於沒有學過數位邏輯的初學者來說,會比較難一些,基本上除了像是資訊工程、電機工程相關領域的開發人員會比較常使用位元運算之外,大部份的開發人員可能不常使用位元運算,如果您的專長領域比較不需要使用位元運算,則基本上先瞭解有位元運算這個東西就可以了,不必在這個部份太過鑽研。
890+
891+
## 3.3.6 遞增、遞減運算 ##
892+
893+
遞增(Increment)、遞減(Decrement)與指定(Assignment)運算子,老實說常成為初學者的一個惡夢,因為有些程式中若寫得精簡,這幾個運算子容易讓初學者搞不清楚程式的真正運算結果是什麼;事實上,使用這幾種運算子的目的除了使讓程式看來比較簡潔之外,還可以稍微增加一些程式執行的效率。
894+
在程式中對變數遞增1或遞減1是很常見的運算,例如:
895+
896+
int i = 0;
897+
i = i + 1;
898+
System.out.println(i);
899+
i = i - 1;
900+
System.out.println(i);
901+
902+
這段程式會分別顯示出 1 與 0 兩個數,您可以使用遞增、遞減運算子來撰寫程式:
903+
904+
#### **範例3.22 IncrementDecrement.java**
905+
```java
906+
public class IncrementDecrement {
907+
public static void main(String[] args) {
908+
int i = 0;
909+
System.out.println(++i);
910+
System.out.println(--i);
911+
}
912+
}
913+
```
914+
915+
其中寫在變數 i 之前的 ++ 與 -- 就是「遞增運算子」(Increment operator)與「遞減運算子」(Decrement operator),當它們撰寫在變數之前時,其作用就相當於將變數遞增 1 與遞減 1:
916+
917+
++i; // 相當於 i = i + 1;
918+
--i; // 相當於 i = i - 1;
919+
920+
您可以將遞增或遞減運算子撰寫在變數之前或變數之後,但其實兩種寫法是有差別的,將遞增(遞減)運算子撰寫在變數前時,表示先將變數的值加(減)1,然後再傳回變數的值,將遞增(遞減)運算子撰寫在變數之後,表示先傳回變數值,然後再對變數加(減)1,例如:
921+
922+
#### **範例3.23 IncrementDecrement2.java**
923+
```java
924+
public class IncrementDecrement2 {
925+
public static void main(String[] args) {
926+
int i = 0;
927+
int number = 0;
928+
929+
number = ++i; // 相當於i = i + 1; number = i;
930+
System.out.println(number);
931+
number = --i; // 相當於i = i - 1; number = i;
932+
System.out.println(number);
933+
}
934+
}
935+
```
936+
937+
在這段程式中,number 的值會前後分別顯示為 1 與 0,再看看範例 3.24。
938+
939+
#### **範例3.24 IncrementDecrement3.java**
940+
```java
941+
public class IncrementDecrement3 {
942+
public static void main(String[] args) {
943+
int i = 0;
944+
int number = 0;
945+
946+
number = i++; // 相當於number = i; i = i + 1;
947+
System.out.println(number);
948+
number = i--; // 相當於 number = i; i = i - 1;
949+
System.out.println(number);
950+
}
951+
}
952+
```
953+
954+
在這段程式中,number 的值會前後分別顯示為 0 與 1。
955+
956+
接下來看「指定運算子」(Assignment operator),到目前為止您只看過一個指定運算子,也就是 '=' 這個運算子,事實上指定運算子還有以下的幾個:
957+
958+
#### **表3.3 指定運算子**
959+
960+
| 指定運算子| 範例 | 結果
961+
| :-------- | :----- | :------
962+
| += | a += b | a = a + b
963+
| -= | a -= b | a = a - b
964+
| *= | a *= b | a = a * b
965+
| /= | a /= b | a = a / b
966+
| %= | a %= b | a = a % b
967+
| &= | a &= b | a = a & b
968+
| \|= | a \|= b | a = a \| b
969+
| ^= | a ^= b | a = a ^ b
970+
| <<= | a <<= b | a = a << b
971+
| \>>= | a >>= b | a = a >> b
972+
973+
每個指定運算子的作用如上所示,但老實說若不是常寫程式的老手,當遇到這些指定運算子時,有時可能會楞一下,因為不常用的話,這些語法並不是那麼的直覺。
974+
975+
使用 ++、- - 或指定運算子,由於程式可以直接在變數的記憶體空間中運算,而不用取出變數值、運算再將數值存回變數的記憶體空間,所以可以增加運算的效率,但以現在電腦的運算速度來看,這一點的效率可能有些微不足道,除非您這類的運算相當的頻繁,否則是看不出這點效率所帶來的改善,就現在程式撰寫的規模來看,程式的易懂易讀易維護會比效率來的重要,可以的話儘量將程式寫的詳細一些會比較好,千萬不要為了賣弄語法而濫用這些運算子。
976+
977+
就單一個陳述而言,使用 ++、- - 或指定運算子是還算可以理解,但與其它陳述結合時可就得考慮一下,例如:
978+
979+
int i = 5;
980+
arr[--i %= 10] = 10;
981+
982+
像這樣的式子,要想知道變數 i 是多少,以及陣列的指定索引位置在哪可就得想一下了(有興趣算一下的話,i 最後會是 4,而陣列的指定索引也是 4),總之,如何使用與何時使用,自己得拿捏著點。
983+
984+
> **良葛格的話匣子** 在撰寫程式時,可以在運算子的左右或是逗號 ',' 之後適當的使用一些空白,讓程式看來不那麼擁擠,不僅程式看來比較美觀,閱讀起來也比較容易,比較一下就可以體會:
985+
>
986+
> int i=0;
987+
> int number=0;
988+
> number=i++;
989+
> number=i--;
990+
>
991+
> 下面的寫法會比較好讀一些:
992+
>
993+
> int i = 0;
994+
> int number = 0;
995+
> number = i++;
996+
> number = i--;
997+

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