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    Java中短路运算符与逻辑运算符示例详解

    作者:21344 栏目:未分类 时间:2021-01-12 14:44:10

    1、逻辑运算符(部分)

    符号 名称
    && 短路与运算符
    || 短路或运算符
    & 与运算符
    | 或运算符

    对于理工科学习者来说,逻辑运算是较为基础的概念,通常会在大一的离散数学课程中有所了解。在Java以及更多C-Like语言中,&和|会分别表示逻辑运算中的与、或,他们的运算结果与我们在数学书中所学的逻辑运算规则并无差异。但是,在实际编程的过程中,我们反而会更多使用&&和||,甚至不少同学都不了解&、|两个运算符。那么,这究竟是为什么呢?

    2、短路运算符

    让我们来回到最初学习逻辑运算时解决问题的真值表,以“或运算”为例:

    a b 结果
    true true true
    true false true
    false true true
    false false false

    a和b中,只要至少有一个为true,最终输出的结果则为true。那么,从算法优化的角度来思考问题的话,我们为了经过最少步骤还能输出可靠的结果,我们便可以把“或运算”定义为,有一个true,就输出true。

    由此,“或运算”可以被优化为:从左向右,遇到有一个布尔表达式为true,则返回true,不进行之后的运算。

    与之相似的,“与运算”可以被优化为:从左向右,遇到有一个布尔表达式为false,则返回false,不进行之后的运算。

    故此,短路运算符被设计了出来。但为了兼顾“执行命令并返回”、“纯粹的数学计算”等多种应用场景,传统的非短路逻辑运算符也没有被短路逻辑运算符而取代。

    此外,对于连写的短路运算符,如func1()||func2()||func3()||func4(),编译器也会为此优化,我们不妨来阅读这一部分的字节码来验证这个结论:

    public static void main(String[] args) {
      boolean b1 = func1() || func2() || func3() || func4();
      System.out.println("------------------");
      boolean b2 = func1() | func2() | func3() | func4();
    }
    
    // func1() - func4() here
    

    短路“或”的字节码如下:

    0: invokestatic #7     // Method func1:()Z
    3: ifne   24
    6: invokestatic #13     // Method func2:()Z
    9: ifne   24
    12: invokestatic #16     // Method func3:()Z
    15: ifne   24
    18: invokestatic #19     // Method func4:()Z
    21: ifeq   28
    24: iconst_1
    25: goto   29
    28: iconst_0
    29: istore_1
    
    

    3行、9行、15行的ifne是将栈顶元素与0(false)相比,如果不为false则跳转到24行将常量1(true)入栈,完成赋值,会跳过其余的执行。直到最后21行,才将最后方法结果的值再与0相比,如果还是0,则将常量0入栈,完成赋值。

    普通“或”等字节码如下:

    38: invokestatic #7     // Method func1:()Z
    41: invokestatic #13     // Method func2:()Z
    44: ior
    45: invokestatic #16     // Method func3:()Z
    48: ior
    49: invokestatic #19     // Method func4:()Z
    52: ior
    53: istore_2
    

    则是普通的或运算,无跳转,顺序执行最后赋值。

    3、应用与陷阱

    在最起初,笔者重新认识短路运算符是在这样一段代码中:

    public LoginCheckDTO XxxLoginCheck(String password) {
    	//some codes
    	if ( password == null || password.length() == 0 ) {
    		return LoginCheckDTO.EMPTY_PASSWORD;
    	}
    	//some codes
    }
    

    当时笔者认为,如果password为null,在尝试调用password.length()时,会抛出空指针异常,故此写法不好。但在后来进行测试的时候,发现这样写并没有问题,查阅相关资料便了解了短路运算符的概念。

    在这个例子中,当执行password == null返回true的时候,随后的表达式将不会被执行,就不存在抛出异常的情况了。这便是短路运算符较为常用的一个应用场景。

    除此之外,我们还要警惕短路运算符导致的指令执行不完整。

    譬如如下应用场景,我们希望利用条件语句来判断所有灯在上一状态是否都开着,并且无论如何我们希望最后打开所有的灯。但是我们错误使用了短路运算符:

    public boolean checkAndTurnOnAll() {
    	return checkAndTurnOn1() && checkAndTurnOn2();
    }
    
    private boolean checkAndTurnOn1() {
    	boolean check = check1();
    	turnOn1();
    	return check;
    }
    
    private boolean checkAndTurnOn2() {
    	boolean check = check2();
    	turnOn2();
    	return check;
    }
    

    在这个场景中,如果第一盏灯在上一个状态是关闭状态,在checkAndTurnOn1()中虽然会执行turnOn1(),并且返回false,但由于短路特性checkAndTurnOn2()并不会被执行,所以最后期望的看到所有的灯都被打开不一定会实现。这种情况应当使用&。

    总结