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前言
这里是分享 Java 相关内容的专刊，每日一更。
本期将为大家带来以下内容：
- Java 的整数类型
- 基本的整数运算符
- 整数除法与取模
- 自增与自减运算
- 整数的进制表示
- 整数溢出问题
- 位运算
- 整数的优化技巧
- 类型自动提升（Type Promotion）
- 强制类型转换（Type Casting）
Java 的整数类型
Java 是一种强类型语言，变量在声明时必须指定类型。对于整数运算，Java 提供了以下几种基本数据类型：
| 类型 | 大小 | 最小值 | 最大值 |
|---|---|---|---|
byte |
1 字节 | -128 | 127 |
short |
2 字节 | -32,768 | 32,767 |
int |
4 字节 | − 2 31 -2^{31} −231 | 2 31 − 1 2^{31} - 1 231−1 |
long |
8 字节 | − 2 63 -2^{63} −263 | 2 63 − 1 2^{63} - 1 263−1 |
这些类型主要区别在于存储的整数范围。最常用的整数类型是 int，它足够处理大多数普通整数运算。如果需要处理更大范围的整数，long 是合适的选择。
基本的整数运算符
Java 中的基本整数运算符与其他主流编程语言类似，支持的操作包括加、减、乘、除等。以下是 Java 支持的整数运算符：
+：加法-：减法*：乘法/：除法%：取模（求余）
java
int a = 10;
int b = 3;
System.out.println("加法: " + (a + b)); // 输出: 13
System.out.println("减法: " + (a - b)); // 输出: 7
System.out.println("乘法: " + (a * b)); // 输出: 30
System.out.println("除法: " + (a / b)); // 输出: 3
System.out.println("取模: " + (a % b)); // 输出: 1整数除法与取模
整数除法运算会舍去小数部分，返回一个整数结果。例如，10 / 3 的结果是 3 而不是 3.333。如果需要得到除法运算后的余数，可以使用取模运算符 %。
java
int result = 10 / 3; // 结果是 3
int remainder = 10 % 3; // 余数是 1这种整数除法与取模的组合常常用于循环控制、数据分段等场景。
自增与自减运算
Java 提供了自增（++）与自减（--）运算符，用于对整数进行快速的加 1 或减 1 操作。这些运算符有两种形式：前置 和 后置 ，它们的执行顺序有所不同。
- 前置运算符（
++x或--x）：先对变量进行加 1 或减 1 操作，然后再返回修改后的值。 - 后置运算符（
x++或x--）：先返回当前变量的值，然后再进行加 1 或减 1 操作。
java
int x = 5;
int y = ++x; // 先将 x 加 1（x 变为 6），然后将结果赋值给 y，所以 y 的值为 6
int z = x--; // 先将 x 的当前值（6）赋给 z，然后再将 x 减 1（x 变为 5）整数的进制表示
Java 支持多种进制表示方法：
- 十进制：常规的数字表示，例如
100。 - 二进制：用
0b开头表示，例如0b1101表示十进制的13。 - 八进制：用
0开头表示，例如012表示十进制的10。 - 十六进制：用
0x开头表示，例如0x1F表示十进制的31。
java
int decimal = 100; // 十进制
int binary = 0b1101; // 二进制
int octal = 012; // 八进制
int hex = 0x1F; // 十六进制整数溢出问题
由于整数类型的有限存储空间，超出范围的运算可能会导致 溢出 。Java 不会在整数溢出时抛出异常，而是默默地将值"环绕"到最小值。例如，int 的最大值是 2147483647，如果加 1，结果会变成 -2147483648。
java
int maxValue = Integer.MAX_VALUE;
System.out.println(maxValue + 1); // 输出: -2147483648为了解决溢出问题，Java 提供了 java.lang.Math 类中的一些方法，如 Math.addExact()，它在检测到溢出时会抛出 ArithmeticException 异常。
java
int result = Math.addExact(Integer.MAX_VALUE, 1);位运算
Java 提供了位运算符，允许直接操作整数的二进制位。这些运算包括按位与、按位或、按位异或、位移操作等。
&：按位与|：按位或^：按位异或~：按位取反<<：左移>>：右移>>>：无符号右移
java
int a = 5; // 二进制 0101
int b = 3; // 二进制 0011
System.out.println(a & b); // 结果 1（二进制 0001）
System.out.println(a | b); // 结果 7（二进制 0111）
System.out.println(a ^ b); // 结果 6（二进制 0110）
System.out.println(~a); // 结果 -6位运算常用于性能敏感的场景，比如加密算法、位掩码操作等。
整数的优化技巧
- 使用合适的类型：对于小范围的整数运算，尽量使用
byte或short以节省内存。 - 溢出检测：在关键的整数运算场景下，使用
Math.addExact()等方法来检测溢出。 - 位运算替代普通运算：在某些高性能场景中，位运算可以比普通算术运算更高效。例如，左移
<<相当于乘以 2，右移>>相当于除以 2。
类型自动提升（Type Promotion）
类型自动提升是指在表达式中，当参与运算的不同数据类型不一致时，Java 自动将较小的类型提升为较大的类型，以避免数据丢失。通常，这种提升遵循从低精度到高精度的顺序：
byte → short → int → long → float → double
java
int a = 10;
long b = 20L;
long result = a + b; // a 自动提升为 long 类型
System.out.println(result); // 输出 30在上面的示例中，int 类型的变量 a 在与 long 类型的 b 进行加法运算时，a 会自动提升为 long 类型。Java 将较小的类型（int）提升为较大的类型（long），以确保运算结果的准确性。
强制类型转换（Type Casting）
强制类型转换是将一个数据类型的值显式转换为另一个类型的过程。这通常用于将高精度的类型转换为低精度类型（比如将 double 转换为 int），或者在需要进行特定的类型转换时使用。强制转换可能会导致数据丢失，因此需要格外小心。
java
long largeValue = 100L;
int smallerValue = (int) largeValue; // 强制转换为 int
System.out.println(smallerValue); // 输出 100在上述示例中，long 类型的 largeValue 被强制转换为 int，因为 long 的范围大于 int，因此这种转换必须显式进行。强制转换需要用括号显式指定目标类型，以表明开发者已经意识到可能的风险。
本期小知识
位移运算是一种高效的数学运算，在 Java 中可以用来替代乘除法。比如，左移运算符 << 相当于乘以 2，右移运算符 >> 相当于除以 2。
java
int a = 4;
System.out.println(a << 1); // 输出: 8，相当于 4 * 2
System.out.println(a >> 1); // 输出: 2，相当于 4 / 2