java - 为什么循环中的 foo+=foo+1 会导致 -1？

Question

在复习考试时，我注意到我写了一个逻辑错误，我相信这是因为复合赋值 += 因为增量++ 按预期执行但它只发生在将 foo 的值分配给 foo +1 时或

foo += foo + 1;

这是代码。

//Break Statement
    Boolean exit = false;
    int foo = 1, bar = 60;
    while (!exit) {         
        foo+=foo+1; //Bad Code
        //foo++; //Good Code
        //foo=foo+1; // Good Code
        //foo+=1; // Good Code
        //System.out.println(foo); //Results in -1 (Infinite Loop)
        if (foo == bar) {
            break;
        }
        System.out.println("stuff");
    }

我的问题是为什么 foo+=foo+1 会导致 -1？

请注意:我是 Stackoverflow 的新手，无法对您的答案进行投票，所以请知道我感谢您提供的任何帮助，并在此先感谢您!

Answer 1

如果你说的是在循环结束时它是 -1；只是因为int已签名并环绕。

int foo = 1;
while (foo >= 0) {
    foo += foo + 1;
}
System.out.println(foo);

威尔output -1 .你可以trace through it :

foo += 1 + 1 ---> 3
foo += 3 + 1 ---> 7
foo += 7 + 1 ---> 15
foo += 15 + 1 ---> 31
foo += 31 + 1 ---> 63
foo += 63 + 1 ---> 127
foo += 127 + 1 ---> 255
foo += 255 + 1 ---> 511
foo += 511 + 1 ---> 1023
foo += 1023 + 1 ---> 2047
foo += 2047 + 1 ---> 4095
foo += 4095 + 1 ---> 8191
foo += 8191 + 1 ---> 16383
foo += 16383 + 1 ---> 32767
foo += 32767 + 1 ---> 65535
foo += 65535 + 1 ---> 131071
foo += 131071 + 1 ---> 262143
foo += 262143 + 1 ---> 524287
foo += 524287 + 1 ---> 1048575
foo += 1048575 + 1 ---> 2097151
foo += 2097151 + 1 ---> 4194303
foo += 4194303 + 1 ---> 8388607
foo += 8388607 + 1 ---> 16777215
foo += 16777215 + 1 ---> 33554431
foo += 33554431 + 1 ---> 67108863
foo += 67108863 + 1 ---> 134217727
foo += 134217727 + 1 ---> 268435455
foo += 268435455 + 1 ---> 536870911
foo += 536870911 + 1 ---> 1073741823
foo += 1073741823 + 1 ---> 2147483647
foo += 2147483647 + 1 ---> -1

数学就是这样计算的。每次迭代都会产生一个比 2 的幂小 1 的值。我想如果你算出了代数，你就可以证明这一点。所以它会命中 -1 是有道理的，在 32 位签名的 int 中, 是 2³²-1.

然后作为tom和 Tomáš Zíma敏锐地指出，它卡住是因为-1 + -1 + 1仍然只是-1 .

另请注意，正如 tom 在下面的评论中发现的那样，无论您以什么数字开头，您都会命中 -1。这是因为 foo += foo + 1与foo = 2 * foo + 1相同, 这实际上只是 foo = (foo << 1) | 1 (左移[结果为低位0]然后打开低位-与数字为偶数时加1相同)。因此，无论您从什么开始，在最多 32 次(或有多少位)迭代之后，您最终都会将您的起始值一直移到左侧并将其替换为全 1(以二进制补码形式) signed int，是值-1)。例如。带符号的 8 位数:

abcdefgh         starting foo, 8 unknown bits
bcdefgh0         add to itself (or multiply by two, or left shift)
bcdefgh1         add one
...
cdefgh11         again
defgh111         and again
efgh1111         and again
fgh11111         and again
gh111111         and again
h1111111         and again
11111111         and again, now it's -1
... and for completeness:
11111110         left shift -1
11111111         add 1, it's back to -1

顺便说一句，无论您从什么数字开始，都永远不会达到 60(或任何偶数，就此而言)。你可以用一些快速的代数来证明这一点:如果 60 = 2 * foo + 1，那么前面的 foo = 59/2 已经不是整数；所以你永远不会有一个整数 foo 这样 60 = 2 * foo + 1。