第二章《Java程序世界初探》第9节：逻辑运算符

Java语言的逻辑运算符有：&&、||、&、|和!。按照其运算所需操作数的多少，逻辑运算符可以分为单目运算符和双目运算符。单目逻辑运算符有只有一个，其写法是“!” ，它表示“非”，用于对某个条件进行“取反”操作。而双目逻辑运算符有4个，分别是&&、||、&、|，它们都用于描述两个条件之间的关系。本小节首先讲解使用频率较高的双目逻辑运算符。

2.9.1 双目逻辑运算符

前文在讲解if语句的所有示例中，if关键字后面的小括号中都仅列出了一个条件。但在实际开发过程中，一段代码能否执行可能会受到多个条件的制约。这就要求程序员把所有制约代码运行的条件全部列出，并且描述清楚这些条件之间的关系，这样虚拟机才能判断出是否可以运行条件语句中的代码。

其实，条件与条件之间的关系无非只有“并且”和“或者”两种。所谓“并且”就是指两个条件都要成立，Java语言用&&表示两个条件之间这种“并且”的关系，例如，程序员希望在变量a大于等于0并且小于等于100的情况下执行一条语句，不能按照数学上的格式写为0<=a<=100,而是应该写成：

if(a>=0 && a<=100){
    System.out.println(“条件成立！”);//①
}

在以上代码中，语句①是否能运行取决于两个条件，分别是“a>=0”和“a<=100”。只有这两个条件都成立的情况下，语句①才能执行，反之，两个条件中任意一个不成立，语句①都不能执行。此处可以看出：同关系运算符一样，逻辑运算符运算的最终结果也是一个boolean型的数据，但逻辑运算符中除了!以外，其他逻辑运算符都比关系运算符的优先级低。也就是说，在计算表达式“a>=0 && a<=100”时，虚拟机首先会判断“a>=0”是否为true，之后判断“a<=100”是否为true，在结束了两次关系运算符的运算之后，才通过逻辑运算符&&来判断整个逻辑表达式是否为真。

在实际开发中，程序员可以使用逻辑运算符来判断多个“子条件”所组成的“总条件”是否成立。下面来看一个逻辑运算符在实际开发中的应用案例：小白应聘。小白想去应聘某公司会计职位，公司要求应聘者必须年满20周岁，并且至少有1年工作经验。编写程序：由应聘者输入年龄和工作年数，判断该应聘者是否达到应聘要求。

通过阅读题目不难发现，公司要求的“年满20周岁”和 “至少有1年工作经验”这两个条件是“并且”的关系，即二者都要满足，因此要用&&运算符来表示两个条件之间这种逻辑关系，程序完整代码如下：

【例02_09 小白应聘】

Exam02_09.java

import java.util.Scanner;
public class Exam02_09 {
	public static void main(String[] args) {
		int age;// 年龄
		int workYear;// 工作经验
		Scanner sc = new Scanner(System.in);
		System.out.println("请输入年龄：");
		age = sc.nextInt();
		System.out.println("请输入工作经验(年)：");
		workYear = sc.nextInt();

		if (age >= 20 && workYear >= 1) {// 使用&&判断两个条件是否都成立
			System.out.println("达到要求！可以应聘！");
		} else {
			System.out.println("未达到应聘要求！");
		}
	}
}

以上程序的if条件中用&&运算符表示出了“年满20周岁”和“至少有1年工作经验”这两个条件的逻辑关系是“二者必须同时满足”。如果小白能够同时达到两个必备条件，程序运行效果如图2-15所示。

图2-15 同时满足2个应聘条件的运行结果

如果小白仅能达到“有至少1年工作经验”这1个条件，则运行结果为图2-16所示。

图2-16 仅满足1个应聘条件的运行结果

在这个例子中，公司所列出的两个招聘条件是“并且”的关系。如果公司把两个招聘条件修改为“或者”的关系，就可以用||运算符来表示这种逻辑关系。所谓“或者”，就是指这两个条件只要满足其中一个，就达到了语句的执行条件。以下逻辑表达式就表示了两个条件之间是 “或者”的关系：

age>=20 || workYear>=1

以上所有例子中都仅有两个条件，它们要么是“并且”的关系，要么是“或者”的关系。如果逻辑表达式中有多个条件，并且同时出现了&&和||两种运算符，程序员就必须弄清楚这两种运算符优先级的高低，否则很有可能无法写出正确的逻辑表达式。在Java语言中，&&的运算优先级高于||，也就是说，逻辑表达式中如果同时出现了&&和||，并且逻辑表达式中没有出现小括号，则虚拟机会优先运算所有的&&，之后才去运算||。下面来看几个&&和||同时出现的情况。

假设公司在设置招聘条件的时候，还考会参考应聘着是否拥有注册会计师证书。如果应聘者没有注册会计师证书，则必须同时满足“年满20周岁”和“至少有1年工作经验”这两个条件。但应聘者如果拥有注册会计师证书，则可以不受年龄和工作经验的限制，直接获得应聘资格。这样的招聘规则可以用如下逻辑表达式完成判断：

age>=20 && workYear>=1 || cpa==true

这个表达式中出现了一个新的变量cpa，它是一个布尔型变量，表示是否拥有注册会计师证书。因为&&优先级较高，所以虚拟机在计算这个表达式的时候，会首先运算&&符号。也就是说，虚拟机会先看应聘者是否同时满足“年满20周岁”和“至少有1年工作经验”这两个条件，之后才去看应聘者是否拥有拥有注册会计师证书。读者必须清楚这两个考察步骤的先后顺序。

有时候，需要提升||运算符的优先级，就如同在算术表达式中需要把+的优先级提升到高于*优先级一样，可以通过添加小括号的方式实现，例如：

age>=20 && (workYear>=1 || cpa==true)

在这个逻辑表达式中，用小括号提升了||运算符的优先级。因此表达式的意义就发生了变化，在这个表达式中，“年满20周岁”成为了一个必须满足的硬性条件，而在此基础上，应聘者要么有至少1年工作经验，要么有注册会计师证书才能获得应聘资格。而虚拟机在判断的过程中，因为要优先判断小括号内的条件，所以判断的顺序是：先看应聘者是否有1年以上工作经验或者是有注册会计师证书，两个条件至少要达到一个，然后再看应聘者是否年满20周岁。因为小括号的出现，&&会被放在最后被运算，这就使得&&左边的“age>=20”成为了整个逻辑表达式能否为true的一个硬性条件。一旦“age>=20”不成立，即使小括号中的表达式的计算结果为true，整个逻辑表达式的值仍然是false。

通过以上几个例子可以看出：使用&&和||配合可以表示出很复杂的条件，但同时也要注意到，一旦逻辑表达式的写法发生了改变，就可能导致整个逻辑表达式的含义发生根本性的变化。比如在上面的例子中，仅仅在逻辑表达式中添加了一对小括号， “拥有注册会计师证书”这个条件就由原来的 “不受年龄和工作经验限制”直接变成了仅仅与工作经验地位平等的一个 “参考条件”。因此建议各位读者在书写一个较为复杂的逻辑表达式之前，一定要仔细考虑清楚各项条件之间的关系，做到心中有数后再动手写代码。

各位读者可以把以上列举的几种情况代入到【例02_09】的代码中，体验一下不同的应聘条件应该怎样用哪一种逻辑表达式表示。

在本小节的开头曾经介绍过：&和|也是双目逻辑运算符。那么，&&与&，以及||与|之间有什么相同点和不同点呢？相同点是：&&和&都是表示两个条件为“并且”关系的运算符，而||和|都是表示两个条件为“或者”关系的运算符。而不同点是：&&和||在运算过程中都有“短路”效果，而&和|没有“短路”效果。

所谓“短路”效果就是指&&左边的条件如果不成立，虚拟机将不会去计算&&右边的条件是否成立，因为&&左边的条件一旦不成立，&&右边的条件无论是否成立，整个逻辑表达式的值都是false。对右边条件的计算不会改变整个逻辑表达式的值。例如，在【例02_09】中，公司设定的招聘条件为“年满20周岁”并且“有至少1年工作经验”，判断应聘者是否有资格应聘该职位的表达式为：

age>=20 && workYear>=1

在该表达式中使用了&&来表示两个条件之间是“并且”关系。因为&&具有短路效果，应聘者的年龄一旦不满20岁，无论他是否有至少1年的工作经验，都不具备应聘资格，因此在这种情况下，虚拟机不会计算“workYear>=1”的值是否为true。而&虽然也表示“并且”，但它没有短路效果，所以即使&左边的条件不成立，虚拟机仍然会计算&右边的条件是否成立。

同理，||也具有短路效果，只是短路的条件变成了：||左边的条件为true。一旦虚拟机计算出||左边的条件为true，都不再计算右边的条件是否成立。而|虽然也表示“或者”，但它也没有短路效果。读者可以通过下面的例子体验短路效果：

【例02_10 逻辑运算符的短路效果】

Exam02_10.java

public class Exam02_10 {
	public static void main(String[] args) {
		int a = 1;
		int b1 = 2, b2 = 2, b3 = 2, b4 = 2;
		boolean r1 = (a < 0) && (++b1 == 0);// ①短路
		boolean r2 = (a < 0) & (++b2 == 0);// ②不短路
		boolean r3 = (a > 0) || (++b3 == 0);// ③短路
		boolean r4 = (a > 0) | (++b4 == 0);// ④不短路

		System.out.println("b1==" + b1);
		System.out.println("b2==" + b2);
		System.out.println("b3==" + b3);
		System.out.println("b4==" + b4);
	}
}

程序执行的效果为：

b1==2
b2==3
b3==2
b4==3

在【例02_10】中，虚拟机在执行语句①时，看到&&左边的条件“a<0”不成立，根据短路原则，不再计算右边的条件，“++b1”这一步操作不会执行，因此语句执行后，b1仍然保持原始值2。而语句②中，使用了不短路的&，虚拟机虽然看到“a<0”不成立，但仍然计算了右边的条件，“++b2”这一步操作得以执行，因此语句执行后b2的值变成了3。各位读者可以根据程序运行结果自行分析语句③和④的执行原理。

在实际开发过程中，建议大家尽量使用具有短路效果的&&和||，这不仅仅是因为它们的执行效率更高，更重要原因是：&和|这两个运算符与位运算符中的“按位与”和“按位或”运算符的写法完全相同，在某些场合下容易引起误解。

2.9.2 单目逻辑运算符

在Java语言中，单目逻辑运算符只有一个，那就是“!”。!运算符可以与某个逻辑表达式组合在一起，形成一个新的逻辑表达式，它的作用是对原有逻辑表达式进行“取反”操作。这有点像数学中的负号(-),一个正数在前面加上一个负号，所形成的新值就是一个负数。同样，一个逻辑表达式原来的值为true，在前面加上!运算符之后，所形成的新逻辑表达式的值就变成了false，而如果逻辑表达式原来的值为false，在前面加上!运算符之后，所形成的新逻辑表达式值就变成了true。

在实际开发中，!运算符经常用来表示一种 “否定形式”的条件，例如，如果希望变量a不在[0-100]区间内时执行语句，就可以用如下方式编写代码：

if(!(a>=0 && a<=100)){
    System.out.println(“执行语句”);
}

在这段代码中，先用表达式 “a>=0 && a<=100”设定了a的范围在[0-100]之间，然后前面加上！运算符，就表示出了a不在这个区间内才符合语句的执行条件。当然，程序员也可以直接把表达式写成：

a<0 || a>100

这同样可以表示出a不在[0-100]这个区间内才满足运行条件。

!运算符的含义及用法不难理解和掌握。但初学Java的读者还是要注意两个很重要的细节：

1. !运算符并不能改变原有boolean型变量的值。例如：

boolean a=true;
boolean b = !a;//对a取反后赋值给b
System.out.println(a);

在以上代码中，变量a的初始值为true，使用!运算符对其取反并赋值给变量b，因此b的值为false。很多初学者会理解为：在a的前面加上了!,会把a的值修改成false，然后赋值给b。这是一种典型的错误理解，虽然在a的前面加上了!，但虚拟机并不会改变a的值，而是把!运算符与变量a组成了一个新的表达式，这个新表达式的值是false，然后把这个新表达式的值赋给了变量b，而a的值并没有发生变化，仍然是true。因此!运算符并没有改变变量值的功能，它仅仅是与变量组成了新表达式。

2.!运算符的优先级非常高

在Java语言中，优先级最高的运算符是小括号，而!运算符的优先级仅次于小括号。此处特意强调!运算符优先级高，是因为很多初学者不清楚这个特性，导致对出现了!运算符的表达式理解错误，例如：

boolean a=true;
boolean b = !a==true;

在这段代码中，给变量b赋值的是“!a==true”。很多初学Java的读者可能会认为，!运算符是与表达式“a==true”完成了组合，其实并非如此。!运算符的优先级要比==更高，所以虚拟机会优先运算!，也就是说，虚拟机会先把!与变量a组合在一起，然后才用==运算符比较!a与true的值是否相等，最终把比较的结果赋值给b。因此，在“!a==true”这个表达式中，与!组合的并不是“a==true”，而仅仅是变量a。如果希望!与“a==true”完成组合，需要在“a==true”的两端加上小括号。虽然无论是否添加小括号，变量b的值最终都是false，但意义完全不同。由于!运算符的优先级很高，所以只要!运算符一出现在某个表达式的前面，就会立刻与表达式最前面的部分组合在一起。所以，如果想让!运算符与整个表达式，而不是仅仅与表达式的最前面那一部分进行组合，就必须把整个表达式用小括号括起来。

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