簡(jiǎn)介

java中可以被稱為Number的有byte，short，int，long，float，double和char，我們?cè)谑褂眠@些Nubmer的過(guò)程中，需要注意些什么內(nèi)容呢？一起來(lái)看看吧。

Number的范圍

每種Number類型都有它的范圍，我們看下java中Number類型的范圍：

考慮到我們最常用的int操作，雖然int的范圍夠大，但是如果我們?cè)谧鲆恍﹊nt操作的時(shí)候還是可能超出int的范圍。

超出了int范圍會(huì)發(fā)送什么事情呢？看下面的例子：

 public void testIntegerOverflow(){
  System.out.println(Integer.MAX_VALUE+1000);
 }

運(yùn)行結(jié)果：-2147482649。

很明顯Integer.MAX_VALUE+1000將會(huì)超出Integer的最大值范圍，但是我們沒有得到異常提醒，反而得到了一個(gè)錯(cuò)誤的結(jié)果。

正確的操作是如果我們遇到了Overflow的問題，需要拋出異常：ArithmeticException。

怎么防止這種IntegerOverflow的問題呢？一般來(lái)講，我們有下面幾種方式。

第一種方式：在做Integer操作之前，進(jìn)行預(yù)判斷是否超出范圍：

舉個(gè)例子：

 static final int safeAdd(int left, int right) {
  if (right > 0 ? left > Integer.MAX_VALUE - right
    : left < Integer.MIN_VALUE - right) {
   throw new ArithmeticException("Integer overflow");
  }
  return left + right;
 }

上面的例子中，我們需要進(jìn)行兩個(gè)整數(shù)相加操作，在相加之前，我們需要進(jìn)行范圍的判斷，從而保證計(jì)算的安全性。

第二種方式：使用Math的addExact和multiplyExact方法：

Math的addExact和multiplyExact方法已經(jīng)提供了Overflow的判斷，我們看下addExact的實(shí)現(xiàn)：

 public static int addExact(int x, int y) {
  int r = x + y;
  // HD 2-12 Overflow iff both arguments have the opposite sign of the result
  if (((x ^ r) & (y ^ r)) < 0) {
   throw new ArithmeticException("integer overflow");
  }
  return r;
 }

看下怎么使用：

 public int addUseMath(int a, int b){
  return Math.addExact(a,b);
 }

第三種方式：向上轉(zhuǎn)型

既然超出了Integer的范圍，那么我們可以用范圍更大的long來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

 public static long intRangeCheck(long value) {
  if ((value < Integer.MIN_VALUE) || (value > Integer.MAX_VALUE)) {
   throw new ArithmeticException("Integer overflow");
  }
  return value;
 }

 public int addUseUpcasting(int a, int b){
  return (int)intRangeCheck((long)a+(long)b);
 }

上面的例子中，我們將a+b轉(zhuǎn)換成了兩個(gè)long相加，從而保證不溢出范圍。

然后進(jìn)行一次范圍比較，從而判斷相加之后的結(jié)果是否仍然在整數(shù)范圍內(nèi)。

第四種方式：使用BigInteger

我們可以使用BigInteger.valueOf(a)將int轉(zhuǎn)換成為BigInteger，再進(jìn)行后續(xù)操作：

 public int useBigInteger(int a, int b){
  return BigInteger.valueOf(a).add(BigInteger.valueOf(b)).intValue();
 }

區(qū)分位運(yùn)算和算數(shù)運(yùn)算

我們通常會(huì)對(duì)Integer進(jìn)行位運(yùn)算或者算數(shù)運(yùn)算。雖然可以進(jìn)行兩種運(yùn)算，但是最好不要將兩種運(yùn)算同時(shí)進(jìn)行，這樣會(huì)造成混淆。

比如下面的例子：

x += (x << 1) + 1;

上面的例子是想做什么呢？其實(shí)它是想將3x+1的值賦給x。

但是這樣寫出來(lái)讓人很難理解，所以我們需要避免這樣實(shí)現(xiàn)。

再看下面的一個(gè)例子：

 public void testBitwiseOperation(){
  int i = -10;
  System.out.println(i>>>2);
  System.out.println(i>>2);
  System.out.println(i/4);
 }

本來(lái)我們想做的是將i除以4，結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有最后一個(gè)才是我們要的結(jié)果。

我們來(lái)解釋一下，第一個(gè)i>>>2是邏輯右移，將會(huì)把最左邊的填充成0,所以得出的結(jié)果是一個(gè)正值1073741821。

第二個(gè)i>>2是算數(shù)右移，最左邊的還是會(huì)填充成1，但是會(huì)向下取整，所以得出結(jié)果是-3.

直接使用i/4，我們是向上取整，所以得出結(jié)果是-2.

注意不要使用0作為除數(shù)

我們?cè)谑褂米兞孔鳛槌龜?shù)的時(shí)候，一定要注意先判斷是否為0.

兼容C++的無(wú)符號(hào)整數(shù)類型

在java中只有16位的char表示的是無(wú)符號(hào)整數(shù)，而int實(shí)際上表示的是帶符號(hào)的整數(shù)。

而在C或者C++中是可以直接表示無(wú)符號(hào)的整數(shù)的，那么，如果我們有一個(gè)32位的無(wú)符號(hào)整數(shù)，該怎么用java來(lái)處理呢？

 public int readIntWrong(DataInputStream is) throws IOException {
  return is.readInt();
 }

看上面的例子，我們從Stream中讀取一個(gè)int值，如果是一個(gè)32位的無(wú)符號(hào)整數(shù)，那么讀出來(lái)int就變成了有符號(hào)的負(fù)整數(shù)，這和我們的期望是相符的。

考慮一下，long是64位的，我們是不是可以使用long來(lái)表示32位的無(wú)符號(hào)整數(shù)呢？

 public long readIntRight(DataInputStream is) throws IOException{
  return is.readInt() & 0xFFFFFFFFL; // Mask with 32 one-bits
 }

看上面的例子，我們返回的是long，如果將32位的int轉(zhuǎn)換成為64位的long，會(huì)自動(dòng)根據(jù)符號(hào)位進(jìn)行補(bǔ)全。

所以這時(shí)候我們需要和0xFFFFFFFFL進(jìn)行mask操作，將高32位重置為0.

NAN和INFINITY

在整型運(yùn)算中，除數(shù)是不能為0的，否則直接運(yùn)行異常。但是在浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算中，引入了NAN和INFINITY的概念，我們來(lái)看一下Double和Float中的定義。

public static final double POSITIVE_INFINITY = 1.0 / 0.0;
public static final double NEGATIVE_INFINITY = -1.0 / 0.0;
public static final double NaN = 0.0d / 0.0;

public static final float POSITIVE_INFINITY = 1.0f / 0.0f;
public static final float NEGATIVE_INFINITY = -1.0f / 0.0f;
public static final float NaN = 0.0f / 0.0f;

1除以0就是INFINITY，而0除以0就是NaN。

接下來(lái)，我們看一下NAN和INFINITY的比較：

public void compareInfinity(){
 System.out.println(Double.POSITIVE_INFINITY == Double.POSITIVE_INFINITY);
 }

運(yùn)行結(jié)果是true。

 public void compareNaN(){
  System.out.println(Double.NaN == Double.NaN);
 }

運(yùn)行結(jié)果是false。

可以看到NaN和NaN相比是false。

那么我們?cè)趺幢容^NaN呢？

別急，Double提供了一個(gè)isNaN方法，我們可以這樣使用：

System.out.println(Double.isNaN(Double.NaN));

接下來(lái)我們看一個(gè)在代碼中經(jīng)常會(huì)用到的一個(gè)Double解析：

 public void incorrectParse(String userInput){
  double val = 0;
  try {
   val = Double.valueOf(userInput);
  } catch (NumberFormatException e) {
  }
  //do something for val
 }

這段代碼有沒有問題？咋看下好像沒有問題，但是，如果我們的userInput是NaN，Infinity，或者-Infinity，Double.valueOf是可以解析得到結(jié)果的。

 public void testNaN(){
  System.out.println(Double.valueOf("NaN"));
  System.out.println(Double.valueOf("Infinity"));
  System.out.println(Double.valueOf("-Infinity"));
 }

運(yùn)行輸出：

NaN

Infinity

-Infinity

所以，我們還需要額外去判斷NaN和Infinity：

public void correctParse(String userInput){
  double val = 0;
  try {
   val = Double.valueOf(userInput);
  } catch (NumberFormatException e) {
  }
  if (Double.isInfinite(val)){
   // Handle infinity error
  }

  if (Double.isNaN(val)) {
   // Handle NaN error
  }
  //do something for val
 }

不要使用float或者double作為循環(huán)的計(jì)數(shù)器

考慮下面的代碼：

for (float x = 0.1f; x <= 1.0f; x += 0.1f) {
 System.out.println(x);
}

上面的代碼有什么問題呢？

我們都知道java中浮點(diǎn)數(shù)是不準(zhǔn)確的，但是不一定有人知道為什么不準(zhǔn)確。

這里給大家解釋一下，計(jì)算機(jī)中所有與的數(shù)都是以二進(jìn)制存儲(chǔ)的，我們以0.6為例。

0.6轉(zhuǎn)成為二進(jìn)制格式是乘2取整，0.6x2=1.2，取整剩余0.2，繼續(xù)上面的步驟0.2x2=0.4，0.4x2=0.8,0.8x2=1.6,取整剩余0.6，產(chǎn)生了一個(gè)循環(huán)。

所以0.6的二進(jìn)制格式是.1001 1001 1001 1001 1001 1001 1001 … 無(wú)限循環(huán)下去。

所以，有些小數(shù)是無(wú)法用二進(jìn)制精確的表示的，最終導(dǎo)致使用float或者double作為計(jì)數(shù)器是不準(zhǔn)的。

BigDecimal的構(gòu)建

為了解決float或者Double計(jì)算中精度缺失的問題，我們通常會(huì)使用BigDecimal。

那么在使用BigDecimal的時(shí)候，請(qǐng)注意一定不要從float構(gòu)建BigDecimal，否則可能出現(xiàn)意想不到的問題。

 public void getFromFloat(){
  System.out.println(new BigDecimal(0.1));
 }

上面的代碼，我們得到的結(jié)果是：0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625。

這是因?yàn)槎M(jìn)制無(wú)法完美的展示所有的小數(shù)。

所以，我們需要從String來(lái)構(gòu)建BigDecimal：

 public void getFromString(){
  System.out.println(new BigDecimal("0.1"));
 }

類型轉(zhuǎn)換問題

在java中各種類型的Number可以互相進(jìn)行轉(zhuǎn)換：

比如：

short to byte or char

char to byte or short

int to byte, short, or char

long to byte, short, char, or int

float to byte, short, char, int, or long

double to byte, short, char, int, long, or float

或者反向：

byte to short, int, long, float, or double

short to int, long, float, or double

char to int, long, float, or double

int to long, float, or double

long to float or double

float to double

從大范圍的類型轉(zhuǎn)向小范圍的類型時(shí)，我們要考慮是否超出轉(zhuǎn)換類型范圍的情況：

 public void intToByte(int i){
  if ((i < Byte.MIN_VALUE) || (i > Byte.MAX_VALUE)) {
   throw new ArithmeticException("Value is out of range");
  }
  byte b = (byte) i;
 }

比如上面的例子中，我們將int轉(zhuǎn)換成為byte，那么在轉(zhuǎn)換之前，需要先判斷int是否超出了byte的范圍。

同時(shí)我們還需要考慮到精度的切換，看下面的例子：

 public void intToFloat(){
  System.out.println(subtraction(1111111111,1111111111));
 }

 public int subtraction(int i , float j){
  return i - (int)j;
 }

結(jié)果是多少呢？

答案不是0，而是-57。

為什么呢？

因?yàn)檫@里我們做了兩次轉(zhuǎn)換，第一次從1111111111轉(zhuǎn)換到float，float雖然有32位，但是只有23位是存放真正的數(shù)值的，1位是符號(hào)位，剩下的8位是指數(shù)位。

所以從1111111111轉(zhuǎn)換到float發(fā)送了精度丟失。

我們可以把subtraction方法修改一下，首先判斷float的范圍，如果超出了23bit的表示范圍，則說(shuō)明發(fā)送了精度丟失，我們需要拋出異常：

 public int subtraction(int i , float j){
  System.out.println(j);
  if ((j > 0x007fffff) || (j < -0x800000)) {
   throw new ArithmeticException("Insufficient precision");
  }
  return i - (int)j;
 }

當(dāng)然還有一種辦法，我們可以用精度更高的double來(lái)做轉(zhuǎn)換，double有52位來(lái)存放真正的數(shù)據(jù)，所以足夠了。

 public int subtractionWithDouble(int i , double j){
  System.out.println(j);
  return i - (int)j;
 }

本文的代碼：

learn-java-base-9-to-20/tree/master/security

以上這篇java安全編碼指南之:Number操作詳解就是小編分享給大家的全部?jī)?nèi)容了，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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