Java 基礎進階：運算符優先級、類型轉換、溢出陷阱與最佳實踐

算術運算符詳解

表達式編寫規範

數學公式 (1+2*a)/3 + (4*(b+c)*(5-d-e))/f - 6*(7/g+h) 轉為代碼時不可省略乘號 *。

優先級規則

1. 括號 () 最高，可調整順序。
2. 一元正負號 + - 次之。
3. 乘除取餘 * / % 優於 加減 + -。
4. 同級別從左到右結合：1+2-3+4 ≡ ((1+2)-3)+4。

混合類型運算與隱式轉換

基本類型範圍

僅支援 byte, short, int, long, float, double, char，不含 boolean。

類型提升規則

• 兩操作數同為 int/long/float/double → 按該類型計算。
• 整數除法截斷：1/2 → 0 而非 0.5。
• byte/short/char 運算先提升為 int：byte 127 + byte 1 → int 128。
• 不同類型 → 向較大類型提升：int/double → double/double → double。

經典陷阱案例

9 / 5 * 20.1 
→ (9 / 5) * 20.1      // 整數除法先算
→ 1 * 20.1            // 9/5=1
→ 1.0 * 20.1          // 提升為 double
→ 20.1                // 結果 20.1 而非 36.18！

byte b1 = 1; 
byte b2 = -b1; // 編譯錯誤：-b1 提升為 int，無法賦值給 byte

二元/一元運算類型提升總表

一元運算：double/float/long/int 不變；byte/short/char → int。

取餘與指數運算

• 取餘本質：反覆減法直到絕對值小於除數。-5 % 2 → -1；5.5 % 2.2 → 1.1。
• Java 無指數運算符，^ 是異或。使用 Math.pow(x, y)。

溢出：向上與向下

int i1 = 2147483647; // Integer.MAX_VALUE
System.out.println(i1 + 1); // -2147483648 (向上溢出)
System.out.println(i1 * i1); // 1

int i2 = -2147483648; // Integer.MIN_VALUE
System.out.println(i2 - 1); // 2147483647 (向下溢出)
System.out.println(i2 * i2); // 0

關鍵點： Java 不拋出異常、不發警告，直接產生錯誤結果。程序員必須自行檢查。整數除法截斷屬於「向下溢出」。歷史原因：早期 CPU 檢查溢出性能開銷大。

顯式類型轉換

語法與精度損失

double d = 3.5;
int i = (int) d; // i = 3，截斷小數部分

// 錯誤示範
int sum = 55.66f; // 編譯錯誤
// 正確
int sum = (int) 55.66f; // 55

隱式擴寬轉換 (無精度損失)

int i = 3;
double d = i;        // 正確，d = 3.0
double d2 = (double) i; // 顯式也可
double a = 55;       // 編譯器自動轉 55.0

類型層級圖

byte → short → int → long → float → double (char 視為 16 位無符號整數 0~65535)。boolean 不參與轉換。

平均值計算陷阱

int sum = 5050; // 1+...+100
double avg = sum / 100;      // 50.0 錯誤！整數除法
double avg = (double)sum / 100; // 50.5 正確
double avg = sum / 100.0;      // 50.5 正確
double avg = (double)(sum / 100); // 50.0 錯誤！先算再轉

復合賦值與自增自減

前綴 vs 後綴

int x = 5;
y = ++x; // x=6, y=6
y = x++; // x=6, y=5

關系與邏輯運算符

比較運算符 (返回 boolean)

正確鏈式判斷：(x >= 0) && (x <= 100)；錯誤：0 < x < 100。

邏輯運算符優先級：! > ^ > && > ||

真值表速查

與(&&):  T&T=T, T&F=F, F&T=F, F&F=F
或(||):  T|T=T, T|F=T, F|T=T, F|F=F
非(!):   !T=F, !F=T
異或(^): T^T=F, T^F=T, F^T=T, F^F=F

實用模式

// 範圍判斷
(x >= 0) && (x <= 100)
// 閏年判斷
(year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400 == 0)

短路求值演示

System.out.println(true || true && false);   // true  (|| 短路)
System.out.println(false && true ^ true);    // false (&& 短路)