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  • java基础(二) 自增自减与贪心规则

    引言

      JDK中提供了自增运算符++,自减运算符--。这两个操作符各有两种使用方式:前缀式(++ a,--a),后缀式(a++,a--)。可能说到这里,说不得有读者就会吐槽说,前后缀式都挺简单的,前缀式不就是先进行+1(或-1),然后再使用该值参与运算嘛,后缀式则相反。有必要长篇大论吗?
      前后缀式的区别确实是这样,最起码表面上理解起来是这样,但是更深入的理解就不是这么简单了,甚至严重影响到你的程序的正确性。不信,接下去看吧!

    1. 前缀式 与 后缀式的真正区别

      在Java中,运算是从左往右计算的,并且按照运算符的优先级,逐一计算出表达式的值,并用这个值参与下一个表达式的运算,如:1+2+3,其实是先计算出1+2表达式的值为3,再参与下一个表达式的运算(1+2)+3,即3+3。再如判断if(a+2==3)。如此类推。

      a++是一个表达式 ,那么a++就会有一个表达式的计算结果,这个计算结果就是a的旧值(加1前的值)。相对的,++a表达式的计算结果a加1后的值。所以,自增的前缀形式与后缀形式的本质区别是:表达式的值(运算结果) 是加1前的变量的值还是加1后的变量的值(自减也是如此)。并不是先加1 与 后加1的区别,或者说,前后缀形式都是先加1(减1)的,才得到表达式的值,再参与下一步运算。因为这是一个表达式,必须先计算完表达式的运算,最后才会得到表达式的值

    我们来看一个面试经常遇到的问题:

    int a = 5;
    a = a++;
    //此时a的值是多少?
    

      有猜到a的值吗?我们用上面所学到的分析一下:a=a++可以理解成以下几个步骤:

    1> 计算a自加1,即 a=a+1

    2> 计算表达式的值,因为这是后缀形式,所以a++表达式的值就是加1前a的值(值为5);

    3> 将表达式的值赋值给a,即a=5

    所以最后a的值是5。

    同理,如果改成a = ++a;,则a的值是6。这是因为++a表达式的值是加1后的a,即为6。

    2. 自增自减是包含两个两个操作,不是线程安全的

      自增、自减运算符本质上不是一个计算操作,而是两个计算操作。以a++为例,这个运算将会编译器解析成:a=a+1,即包含两个单目运算符(+、=),一个单目运算符的计算操作可以看作是一个原子性操作。a++的步骤可以描述成 :1> 先取a加1,将结果存储在临时空间;2>将结果赋给a。所以,自增自减运算符包含两个操作:一个加1(减1)的操作和一个赋值的操作

      这个原理好像对我的编程没有用吧?不是的,在单线程的环境下,你可以不管这个细节。但在多线程的情况下,你就得时刻牢记这个细节了。要知道,自增自减不是原子性操作,也就是说不是线程安全的运算。因此,在多线程下,如果你要对共享变量实现自增自减操作,就要加锁,或者使用JDK提供的原子操作类(如AtomincIntegerAtomicLong等)提供的原子性自增自减方。

    来看个例子,验证一下。下面的例子提供三个静态变量(一个是原子操作类),创建了10个线程,每个线程都对这三个变量以不同的方式进行加1操作,并循环1000次。

    public class MyTest {
    	static int a = 0;
    	static int b = 0;
    	//原子性操作类
    	static AtomicInteger atomicInt = new AtomicInteger(0);
    
    	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    		
    		for (int i = 0; i < 10; i++) {//创建10个线程
    			Thread t = new Thread() {
    
    				@Override
    				public void run() {
    					for (int j = 0; j < 1000; j++) {//计算1000次
    						a = a + 1;
    						b++;
    						atomicInt.incrementAndGet();//自增的原子性方法
    					}
    				}
    			};
    			t.start();
    		}
    
    		// 判断当前的活动线程是不是只有main线程,以确保10个计算线程执行完成。
    		while (Thread.activeCount() > 1) {
    			Thread.sleep(1000);
    		}
    		System.out.println("a=a+1在多线程下的结果是:" + a);
    		System.out.println("b++在多线程下的结果是:" + b);
    		System.out.println("原子操作类AtomicInteger在多线程下的结果是:" + atomicInt.get());
    
    	}
    }
    

    运行结果:

    a=a+1在多线程下的结果是:8883

    b++在多线程下的结果是:8974

    原子操作类AtomicInteger在多线程下的结果是:10000

      从运行的结果可以看出,a=a+1b++不是线程安全的,没有计算出正确的结果10000。也就是说这两个表达式都不是原子性操作。事实上,它们都包含了两个计算操作。

    3. 由 a+++b 表达式引起的思考

      看到这个表达式,真的很让人疑惑:编译器是怎么解析的,是解析成

    a++ + b
    

    还是

    a+ ++b
    

    真纠结,干脆直接在编译器上跑一趟,看看结果吧!

    	int a = 5;
    	int b = 5;
    	int c=a+++b;
    	System.out.println("a的值是: "+a);
    	System.out.println("b的值是: "+b);
    

    运行结果:

    a的值是: 6
    b的值是: 5

      从结果可以确认,a+++b 其实是解析成了 a++ +b,为什么要这样结合呢?其实有两点原因:

    • Java中的运算是从左往右进行的;
    • java编译器有一种规则——贪心规则也就是说,编译器会尽可能多地结合有效的符号。

    那么,a+++b这样的结合方式就可以解释了

    但是这种结合是:尽可能多的结合,而不管这样的结合是否合法。如:

    a--b
    

    会被编译器解析成

    a-- b
    

    尽管这是不合法,但编译器还是这样处理了,这就导致编译不通过,产生编译错误。

    编译器为什么要采用贪心规则呢?

      从上面的分析来看,贪心规则在编程中也不好利用。那么,贪心规则的主要目的是为了什么?
      贪心规则的主要目的就是为了分析String字符串,看看下面的例子就会明白:

    	String s = "17";
    	System.out.println("\17 转义字符的值是:"+s+"  长度是:"+s.length());
    	
    	s = "171";
    	System.out.println("\171 转义字符的值是:"+s+"  长度是:"+s.length());
    	
    	s = "1717";
    	System.out.println("\1717 转义字符的值是:"+s+"  长度是:"+s.length());
    	
    	s = "17178";
    	System.out.println("\17178 转义字符的值是:"+s+"  长度是:"+s.length());
    

    运行结果:

    17 转义字符的值是:   长度是:1

    171 转义字符的值是:y   长度是:1

    1717 转义字符的值是:y7   长度是:2

    17178 转义字符的值是:y78   长度是:3

      “17” 经转义得到一个特殊字符 “” 。而“171” 转义后也得到一个字符 “y”。但 “1717”、“17178” 得到的字符串大于1,不再是一个字符,分别是 “y7”、“y78”。

      也就是说,“1717” 字符串只转义了“171” 部分,再链接 “7” 部分。“17178” 字符串只转义了 “171” 部分,再连接 “78”。

      那为什么 “171” 为什么不转义 ”17“ 部分,再链接 ”1“ 呢,而是作为一个整体进行转义的字符串呢?

      这就是 ”贪心规则“ 所决定的。八进制的转义字符的取值范围是 ~377。所以解析 ”171“ 字符串时,编译器尽可能多地结合字符成一个转移字符,”171“ 还在取值范围内,所以就是一个字符。但 ”1718” 字符串,最多结合前4个字符成一个有效的转义字符 “171”,而“1717” 已经超出取值范围,不是有效字符,所以最后解析成 “171” + "7" 的结果。“17178” 也是如此。

    总结:

    • 编译器在分析字符时,会尽可能多地结合成有效字符,但有可能会出现语法错误。
    • 贪心规则是有用的,特别编译器是对转义字符的处理。
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