diff --git a/docs/categories/fragments/2021/03/12/精密计算工具类-BigDecimal.md b/docs/categories/fragments/2021/03/12/精密计算工具类-BigDecimal.md new file mode 100644 index 000000000..32bfd7e7f --- /dev/null +++ b/docs/categories/fragments/2021/03/12/精密计算工具类-BigDecimal.md @@ -0,0 +1,311 @@ +--- +title: 精密计算工具类-BigDecimal +author: 查尔斯 +date: 2021/03/12 18:07 +categories: + - 杂碎逆袭史 +tags: + - Java + - Java工具类 +--- + +# 精密计算工具类-BigDecimal + +## 前言 + +**C:** 下方有两个 double 浮点数据在进行减法计算,你先猜测一下输出结果是多少? + +```java +System.out.println(16.27 - 3.12); +``` + +当然了,可能有小部分同学会怀疑笔者在玩弄你们的智商,其实不是,笔者是在玩弄你们的感情。 + +![202103121800126](../../../../../public/img/2021/03/12/202103121800126.jpg) + +圆规正转,这结果究竟是多少?不是 **13.15** 吗?还真不是,结果是 **13.149999999999999** 。 + +![202103121800166](../../../../../public/img/2021/03/12/202103121800166.webp) + +**你:** 学了这么多年的数学,连两位的加减法都不行了吗?果然不是这块料儿。 + +::: tip 笔者说 +其实,你没算错,错的是计算机。16.27 和 3.12 这两个数字都是十进制,而我们都知道,计算机中是使用二进制来进行存储的,所以这意味着我们要使用 16.27 和 3.12 的时候,它会先做一次十进制到二进制的转换。由于计算机中存储浮点数时的特殊规则,部分浮点数会在这个过程中损失精度,结果自然就会出错了。而且它也不只是 Java 语言的专属问题,大多数语言都有这问题。[1] +::: + +![202103121800226](../../../../../public/img/2021/03/12/202103121800226.jpg) + +所以啊,一些需要精确计算的时候,你还敢用 double、float 类型吗? + +不过也别着急,虽然不能用它们,但 Java 中也给你想好了招儿,Java 中提供了一个类型 BigDecimal ,可以帮助我们解决此类精确计算问题,一起来瞧瞧。 + + + +## 简介 + +::: tip BigDecimal 简介 +BigDecimal 是 Java 在 java.math 包中提供的一个计算类,是用来对超过 16 位有效位的数进行精确运算的。 + +在 《Effective Java》 一书中,就有提到 float 和 double 只能用来做科学计算或者是工程计算,在商业计算中要用 java.math.BigDecimal。[2] +::: + +## 使用 + +### 构造方法 + +BigDecimal 作为一个类,要先利用构造方法创建对象之后才能使用。 + +它的构造方法有很多,但是我们需要了解的只有两个。 + +```java +// 利用 double 浮点数值作为构造参数 +BigDecimal(double val) + +// 利用 字符串 作为构造参数[记得使用它] +BigDecimal(String val) +``` + +乍一看,是不是觉得第一种构造更方便?正好计算 double 类型数据,直接传入构造就可以用了,多好? + +别着急,如果直接使用第一种 double 作为构造参数的方法,在一开始它又会出现前言提到的转换后精度缺失的问题,而且在第二种构造的源码注释中,有这么一句注意:它通常是将 float 或 double 转换为 BigDecimal 的首选方式。 + +所以说,未来我们要使用 BigDecimal 做精确计算的时候,还是得用第二种传入字符串的构造方法来创建 BigDecimal 对象。 + +![202103121800266](../../../../../public/img/2021/03/12/202103121800266.png) + +用法就是下方这样的。 + +```java +// 通过字符串来创建 BigDecimal 对象 +BigDecimal num1 = new BigDecimal("16.27"); +BigDecimal num2 = new BigDecimal("3.12"); +``` + +### 减法运算 + +创建好 BigDecimal 对象后,也别急着上来就 +、-、*、/,它可不再是基本数据类型,想要计算得用对应的方法。 + +```java +// 通过字符串来创建 BigDecimal 对象 +BigDecimal num1 = new BigDecimal("16.27"); +BigDecimal num2 = new BigDecimal("3.12"); + +// 减法运算 +// subtract(BigDecimal subtrahend):BigDecimal +BigDecimal result = num1.subtract(num2); +System.out.println(result); // 13.15 +``` + +你看,BigDecimal 果然没辜负我们的期望,这回就没有再出现之前的浮点数问题。 + +如果计算完后,我们还要使用 double 来存储数据,BigDecimal 中还有对应的转换方法。 + +```java +// 转换为 double 类型 +// doubleValue():double +double doubleValue = result.doubleValue(); +``` + +### 加法运算 + +```java +// 通过字符串来创建 BigDecimal 对象 +BigDecimal num1 = new BigDecimal("16.27"); +BigDecimal num2 = new BigDecimal("3.12"); + +// 加法运算 +// add(BigDecimal augend):BigDecimal +BigDecimal result = num1.add(num2); +System.out.println(result); // 19.39 +``` + +### 乘法运算 + +```java +// 通过字符串来创建 BigDecimal 对象 +BigDecimal num1 = new BigDecimal("16.27"); +BigDecimal num2 = new BigDecimal("3.12"); + +// 乘法运算 +// multiply(BigDecimal multiplicand):BigDecimal +BigDecimal result = num1.multiply(num2); +System.out.println(result); // 50.7624 +``` + +### 除法运算 + +除法运算稍微有些复杂,要考虑保留的小数位及舍入模式的问题。 + +```java +// 通过字符串来创建 BigDecimal 对象 +BigDecimal num1 = new BigDecimal("16.27"); +BigDecimal num2 = new BigDecimal("3.12"); + +// 除法运算 +// 方法参数1:除数 +// 方法参数2:小数点后保留几位 +// 方法参数3:舍入模式,例:四舍五入等 +// divide(BigDecimal divisor, int scale, int roundingMode):BigDecimal + +// JDK 1.5 出现了枚举类型,定义RoundingMode枚举类优化了原来在BigDecimal中的舍入模式常量 +// divide(BigDecimal divisor, int scale, RoundingMode roundingMode):BigDecimal +// 例如:四舍五入保留两位小数 +BigDecimal result = num1.divide(num2, 2, RoundingMode.HALF_UP); +System.out.println(result); // 5.21 +``` + +JDK 1.5 之前,BigDecimal 类中提供的舍入模式常量们。 + +```java +public class BigDecimal extends Number implements Comparable { + // ...略... + + // Rounding Modes + // 向外取整模式:向远离零的方向舍入 + public final static int ROUND_UP = 0; + // 向内取整模式:向接近零的方向舍入 + public final static int ROUND_DOWN = 1; + // 向上取整模式:向正无穷大的方向舍入 + public final static int ROUND_CEILING = 2; + // 向下取整模式:向负无穷大的方向舍入 + public final static int ROUND_FLOOR = 3; + // 四舍五入 + public final static int ROUND_HALF_UP = 4; + // 五舍六入 + public final static int ROUND_HALF_DOWN = 5; + // 四舍六入五取偶(银行家舍入法) + public final static int ROUND_HALF_EVEN = 6; + // 不需要舍入 + public final static int ROUND_UNNECESSARY = 7; + + // ...略... +} +``` + +JDK 1.5 开始,定义了一个 RoundingMode 专门作为舍入模式的枚举类。 + +```java +public enum RoundingMode { + + UP(BigDecimal.ROUND_UP), + + DOWN(BigDecimal.ROUND_DOWN), + + CEILING(BigDecimal.ROUND_CEILING), + + FLOOR(BigDecimal.ROUND_FLOOR), + + HALF_UP(BigDecimal.ROUND_HALF_UP), + + HALF_DOWN(BigDecimal.ROUND_HALF_DOWN), + + HALF_EVEN(BigDecimal.ROUND_HALF_EVEN), + + UNNECESSARY(BigDecimal.ROUND_UNNECESSARY); + + // ...略... +} +``` + +::: tip 笔者说 +关于舍入模式,非数学专业出身的同学看着中文 API 都难以理解,这些枚举值在实际使用的时候再翻阅也来得及(银行、帐户、计费等领域)。[3] + +当然,最常用的就是 HALF_UP,也就是四舍五入。 +::: + +![202103121800666](../../../../../public/img/2021/03/12/202103121800666.png) + +## 封装工具类 + +我们也看到了,如果直接使用 BigDecimal 类,光是构造方法要传入字符串,就够吃一壶的了,尤其计算完后大概率还要转回 double,程序员怎么可能接受这种代码?赶紧封装,上工具类! + +```java +/** + * 浮点数精确运算工具类 + */ +public class BigDecimalUtil { + + // 私有化构造 + private BigDecimalUtil() {} + + /** + * 加法运算 + * @param v1 被加数 + * @param v2 加数 + * @return 和 + */ + public static double add(double v1, double v2) { + BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(v1)); + BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(v2)); + return b1.add(b2).doubleValue(); + } + + /** + * 减法运算 + * @param v1 被减数 + * @param v2 减数 + * @return 差 + */ + public static double subtract(double v1, double v2) { + BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(v1)); + BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(v2)); + return b1.subtract(b2).doubleValue(); + } + + /** + * 乘法运算 + * @param v1 被乘数 + * @param v2 乘数 + * @return 积 + */ + public static double multiply(double v1, double v2) { + BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(v1)); + BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(v2)); + return b1.multiply(b2).doubleValue(); + } + + /** + * 除法运算(四舍五入) + * @param v1 被除数 + * @param v2 除数 + * @param scale 小数点后保留几位 + * @return 商 + */ + public static double divide(double v1, double v2, int scale) { + if (scale < 0) { + throw new IllegalArgumentException("保留的小数位不能少于0个!"); + } + BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(v1)); + BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(v2)); + return b1.divide(b2, scale, RoundingMode.HALF_UP).doubleValue(); + } + + /** + * 四舍五入处理 + * @param v 需要四舍五入的数字 + * @param scale 小数点后保留几位 + * @return 四舍五入后的结果 + */ + public static double round(double v, int scale) { + if (scale < 0) { + throw new IllegalArgumentException("保留的小数位不能少于0"); + } + BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(v)); + BigDecimal b2 = new BigDecimal("1"); + return b1.divide(b2, scale, RoundingMode.HALF_UP).doubleValue(); + } + +} +``` + +## 参考资料 + +[1]为什么在处理金额时不能用Double和Float,计算机是如何存储浮点数的:https://blog.csdn.net/qq_41872247/article/details/107861608 + +[2]java.math.BigDecimal类的用法:https://www.iteye.com/blog/jeelee-652003 + +[3]BigDecimal中的取整模式:https://blog.csdn.net/u010523770/article/details/53068809 + +## 后记 + +**C:** 好了,BigDecimal 类的介绍到这儿就结束了,认识了 BigDecimal 之后,可千万别再用 double 、float 来进行精确计算了。 diff --git a/docs/public/img/2021/03/12/202103121800126.jpg b/docs/public/img/2021/03/12/202103121800126.jpg new file mode 100644 index 000000000..200763152 Binary files /dev/null and b/docs/public/img/2021/03/12/202103121800126.jpg differ diff --git a/docs/public/img/2021/03/12/202103121800166.webp b/docs/public/img/2021/03/12/202103121800166.webp new file mode 100644 index 000000000..ab3adcb73 Binary files /dev/null and b/docs/public/img/2021/03/12/202103121800166.webp differ diff --git a/docs/public/img/2021/03/12/202103121800226.jpg 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