Логические операции — Основы Java

В этом уроке мы разберем логические операции, научимся использовать логические выражения и писать методы-предикаты.

Операции сравнения

Кроме арифметических операций, из школьной математики нам известны еще и операции сравнения, например:

5 > 4

Это звучит как вопрос: «Пять больше четырех?». В данном случае, ответ «да». В других случаях, ответом может быть «нет», например, для такого выражения:

3 < 1

Операции сравнения не имеют привязки к числам. Сравнивать можно практически что угодно — например, строки. Когда мы входим на какой-то сайт, внутри происходит сравнение введенного логина и пароля с теми, какие есть в базе. Если совпадение есть, то происходит авторизация.

Языки программирования адаптировали все математические операции сравнения практически в неизменном виде. Единственное серьезное отличие – операторы равенства и неравенства.

В математике для этого используется обычное равно =, но в программировании такое встречается нечасто. Во многих языках символ = используется для присваивания значений переменным, поэтому для сравнения взяли ==.

Список операций сравнения в Java:

• < — меньше
• <= — меньше или равно
• > — больше
• >= — больше или равно
• == — равно
• != — не равно

Посмотрим на пару примеров логических операций:

5 > 4
password == text

Оба примера — это выражения. Результат вычисления этих выражений — это одно из двух специальных значений:

• true — «истина»
• false— «ложь»

Это новый для нас тип данных — boolean. Он содержит всего лишь два этих значения. Так выглядит пример кода с ним:

var result = 5 > 4;
System.out.println(result); // => true

Попробуем написать метод, который принимает на вход возраст ребенка и определяет, младенец ли он. Младенцами считаются дети до года:

// Метод, возвращающий boolean, называется предикатом
// Обычно такие методы имеют префикс has, can, is, was и так далее
public static boolean isInfant(int age) {
    return age < 1;
}

Пользуемся тем фактом, что любая операция — это выражение. Поэтому единственной строчкой функции пишем «вернуть то значение, которое получится в результате сравнения age < 1».

В зависимости от пришедшего параметра, сравнение будет либо истинным (true), либо ложным (false). В итоге return вернет этот результат:

System.out.println(App.isInfant(3)); // => false
System.out.println(App.isInfant(0)); // => true

Сравнение строк

Посмотрите на код и попытайтесь ответить, чему равны значения этих выражений:

// Какой результат будет в этих примерах — `true` или `false`?

"a" == "a";
"a".toUpperCase() == "a".toUpperCase();

Правильный ответ: в первом случае true, во втором — false. Почему? Для ответа на этот вопрос нужно немного погрузиться в то, как работают компьютеры.

В наших программах мы оперируем данными — числами, строками, булевыми значениями. Мы выполняем разнообразные операции — записываем их в переменные, умножаем, делим, конкатенируем.

Так свою работу видит программист. Но внутри компьютера все немного по-другому. Во время работы программа получает доступ и манипулирует данными через их адреса в памяти:

// Под хранение переменной выделяется область памяти
// Программа запоминает адрес этой области и работает с ней внутри себя
var name = "CodeBasics";
// Программа считала значение переменной по адресу, где хранится значение
System.out.println(name);

Память — это большая область для хранения данных, которая очень похожа на склад. В памяти любое значение получает номер, по которому его можно извлечь и заменить. Этот номер и есть адрес.

Сравнение по ссылке и по значению

Из-за этих технических особенностей на сравнение данных между собой можно смотреть двумя способами:

• То же самое — тот же участок памяти
• Такое же — одинаковые значения независимо от того, куда указывают адреса

Пример из реальной жизни: два одинаковых стакана из одного набора. Несмотря на свою одинаковость, все же разные стаканы.

Языки программирования по-разному работают с этими понятиями. Как и во многих других языках, в Java все данные делятся на два больших типа:

• Примитивные данные сравниваются по значению, независимо от адресов
• Ссылочные данные сравниваются по адресам

Так работают примитивные данные:

// Сравнение идет по значению, а не адресам
4 == 4; // true
true == true; // true
10.0 == 10.0; // true

Из ссылочных данных мы пока знакомы только со строками, но они работают хитро, поэтому в качестве примера посмотрим на массивы. Не обращайте внимание на незнакомый синтаксис. Просто обратите внимание, что в этом коде вроде бы одинаковые штуки не равны друг другу:

// Создание массивов
int[] a = {1, 2}
int[] b = {1, 2}
// Значения одинаковые, но ссылки разные
a == b; // false

Особенности строк

Строки относятся к ссылочным типам данных, но ведут себя странно:

// Сравнение, как у примитивных типов данных
"hm" == "hm"; // true
// Сравнение, как у ссылочных типов данных
"hexlet".toUpperCase() == "hexlet".toUpperCase(); // false

Программы постоянно оперируют строками, поэтому эффективность работы с ними выходит на первое место. Если бы строка всегда вела себя как ссылочный тип, то на каждое значение в коде выделялась дополнительная память:

// Без оптимизаций это выражение привело бы к двойному выделению памяти
// По одной единице памяти на каждый "hm"
"hm" == "hm";

Но этого не происходит. Когда Java встречает явно создаваемую строку, выполняется проверка, а есть ли уже в памяти такая строка.

Если есть, то она переиспользуется, если нет — создается:

// Выделяется память
var name1 = "Java";
// Такая строка уже есть, поэтому подставляется ссылка на уже созданную строку
// В результате экономится память
var name2 = "Java";
// Сравнение по ссылке
// Обе переменные указывают на один участок памяти
name1 == name2; // true

Но если строка возвращается из метода, то она помещается в свою область памяти со своим уникальным адресом:

// Выделяется новая память в любом случае
var name1 = "java".toUpperCase(); // "JAVA"
// Выделяется новая память в любом случае
var name2 = "java".toUpperCase(); // "JAVA"
name1 == name2; // false

Может показаться, что ссылочные данные приносят сплошные проблемы. На самом деле они нужны. Это станет понятно, когда мы столкнемся с изменяемостью в будущем.

В прикладном программировании мы чаще сравниваем строки по значению, чем по ссылке. Для этого в строки встроен метод equals():

var name1 = "java".toUpperCase(); // "JAVA"
var name2 = "java".toUpperCase(); // "JAVA"
name1.equals(name2); // true

https://replit.com/@hexlet/java-basics-logical-operations

Помимо equals(), в строки встроен метод equalsIgnoreCase(), который выполняет проверку по значению без учета регистра:

var name1 = "java".toUpperCase(); // "JAVA"
var name2 = "java".toLowerCase(); // "java"
name1.equalsIgnoreCase(name2); // true

Иногда сравнение строк в Java ведет себя как сравнение значений, но никогда не делайте ставку на это. При изменении кода легко забыть поправить проверку и получить ошибку. Всегда используйте методы, когда нужно сравнивать по значению.

Комбинирование операций и методов

Логические операции — это выражения. Значит, логические операции можно комбинировать с другими выражениями. Разберем на примере. Допустим, мы хотим проверить четность числа. В программировании четность проверяется через остаток от деления на 2:

• Если остаток 0, то число было четным
• Если остаток не 0, то число было нечетным

Остаток от деления — простая, но очень важная концепция в арифметике, алгебре, теории чисел и криптографии. Идея проста: нужно разделить число на несколько равных групп. Если в конце что-то останется, это и есть остаток от деления.

Делим конфеты поровну между людьми:

• 7 конфет, 2 человека: 2 x 3 + остаток 1. Значит, 7 не кратно 2
• 21 конфету, 3 человека: 3 x 7 + остаток 0. Значит, 21 кратно 3
• 19 конфет, 5 человек: 5 x 3 + остаток 4. Значит, 19 не кратно 5

В коде остаток вычисляется с помощью оператора %:

• 7 % 2 → 1
• 21 % 3 → 0
• 19 % 5 → 4

С помощью него напишем метод для проверки четности:

// Определен в классе App
public static boolean isEven(int number) {
    return number % 2 == 0;
}

App.isEven(10); // true
App.isEven(3); // false

https://replit.com/@hexlet/java-basics-logical-operations-1

В одном выражении мы скомбинировали два логических оператора:

• == — проверка равенства
• % — арифметический оператор остатка от деления

Приоритет арифметических операций выше логических. Значит, сначала вычисляется арифметическое выражение number % 2, затем результат участвует в логическом сравнении.

По-русски это можно расшифровать так: «Нужно вычислить остаток от деления числа number на 2 и сравнить с нулем; затем вернуть результат сравнения».

Рассмотрим еще один пример. Напишем метод, который принимает строку и проверяет, заглавная ли первая буква. Алгоритм действий будет такой:

1. Получим и запишем в переменную первый символ из строки-аргумента
2. Сравним, равен ли символ своей заглавной версии
3. Вернем результат

А так будет выглядеть реализация в коде:

public static boolean isFirstLetterInUpperCase(String string) {
    var firstLetter = string.charAt(0);
    // Класс Character содержит различные методы для работы с символом
    // Метод isUpperCase() проверяет, что переданный символ в верхнем регистре
    return Character.isUpperCase(firstLetter);
}

App.isFirstLetterInUpperCase("marmont"); // false
App.isFirstLetterInUpperCase("Robb"); // true

Остались вопросы? Задайте их в разделе «Обсуждение»

Вам ответят команда поддержки Хекслета или другие студенты.