Java开发笔记（十五）短路逻辑运算的优势

我会带着你远行 2022-05-14 14:11 196阅读 0赞

前面提到逻辑运算只能操作布尔变量，这其实是不严谨的，因为经过Java编程实现，会发现“&”、“|”、“^”这几个逻辑符号竟然可以对数字进行运算。譬如下面的代码就直接对数字分别开展了“与”、“或”、“异或”运算：

// 3的二进制为00000011，7的二进制为00000111
    int andNumber = 3&7; // 对两个数字进行“按位与”运算
    System.out.println("andNumber="+andNumber);
    int orNumber = 3|7; // 对两个数字进行“按位或”运算
    System.out.println("orNumber="+orNumber);
    int xorNumber = 3^7; // 对两个数字进行“按位异或”运算
    System.out.println("xorNumber="+xorNumber);

上述代码也能成功编译运行，运行结果如下所示：

andNumber=3
    orNumber=7
    xorNumber=4

究其原因，这三个逻辑符号原是按位逻辑运算。所谓按位逻辑，指的是先将操作数转成二进制，再对二进制的操作数逐位进行逻辑运算，最后把每位的逻辑结果重新拼成一个二进制的运算值。例如数字3的二进制表达为00000011，数字7的二进制表达为00000111，那么对这两个二进制数进行“按位与”运算，得到的二进制结果为00000011即数字3；同样对这两个二进制数进行“按位或”运算，得到的二进制结果为00000111即数字7；继续对这两个二进制数进行“按位异或”运算，得到的二进制结果为00000100即数字4。  
以上的实验结果，说明了逻辑与、或、异或符号实质是按位逻辑运算，之前的布尔变量只是按位逻辑的一种运算类型。既然按位逻辑比较的是左右两边的各个二进制位，就意味着必须先确定左右两边的操作数值，然后才能对两个操作数进行按位运算。这么看来，按位逻辑并非真正意义上的逻辑操作，正常情况的逻辑运算应当具备下列特征：  
1、只判断真和假，不判断0和1，更不是什么逐位判断；  
2、对于“与”运算，一旦左边的操作数为假，则不管右边为何，运算结果一定为假；  
3、对于“或”运算，一旦左边的操作数为真，则不管右边为何，运算结果一定为真；  
对比发现，按位逻辑不但不符合上述的第一点特征，也不符合第二点和第三点特征，因为按位逻辑需要左右两边都确定之后，才能墨守成规进行逻辑运算。显然这样做并不经济，倘若左边操作数就能确定运算结果，那又何苦画蛇添足进行右边的冗余计算？为解决按位逻辑存在的问题，Java引入了新的短路符号来帮忙，包括短路与符号“&&”和短路或符号“||”，短路的意思是：如果左边已经接通，那就不绕道右边了。  
话虽如此，但又如何证明短路逻辑是否真的高效呢？下面通过一个例子来分辨按位逻辑和短路逻辑之间的区别，关键在于逻辑符号的右边需要修改变量值，为此引入了自增符号“++”。具体的逻辑运算代码如下所示，主要是比较逻辑与“&”和短路与“&&”的运算结果：

int i=1, j=1;
    // 对于按位逻辑运算，需要等待左右两边都计算完毕，然后进行按位逻辑判断
    boolean result1 = 3>4 & ++i<5;
    System.out.println("result1="+result1);
    System.out.println("i="+i);
    // 对于短路逻辑运算，一旦左边的计算能够确定结果，就立即返回逻辑判断的值，此时不再进行右边的计算
    boolean result2 = 3>4 && ++j<5;
    System.out.println("result2="+result2);
    System.out.println("j="+j);

运行以上示例代码，得到下述的运算日志：

result1=false
    i=2
    result2=false
    j=1

可见两个逻辑式子的运算结果都为false，不同之处在于：“&”符号同时进行了左右两边的运算，所以i++执行之后i值变为2；而“&&”符号先进行左边运算，发现3>4为假，说明与运算肯定为假，此时整个式子直接返回假，不再执行右边的计算，于是j值仍然为1（j++未执行）。从该实验看到，短路逻辑运算名副其实，其效率高于按位逻辑运算，因而在实际开发过程中，更经常使用短路符号“&&”和“||”进行逻辑运算，很少使用单个的“&”和“|”。

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