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Java中BigInteger與BigDecimal類用法總結(jié)

 更新時(shí)間:2023年05月31日 11:00:31   作者:一一哥Sun  
在Java中有兩個(gè)用于大數(shù)字運(yùn)算的類,分別是java.math.BigInteger類 和 java.math.BigDecimal類,這兩個(gè)類都可以用于高精度計(jì)算,BigInteger類是針對整型大數(shù)字的處理類,而BigDecimal類是針對大小數(shù)的處理類,接下來帶大家來學(xué)習(xí)一下,在Java中如何處理大數(shù)字

一. BigInteger類

1. 簡介

在之前給大家講解8種基本類型時(shí)就說過,不同的數(shù)據(jù)類型,有不同的取值范圍,我們再通過下表回顧一下:

類型所占字節(jié)(byte)所占位數(shù)(bit)取值范圍
byte18-2^7 ~ 2^7-1
short216-2^15 ~2^15-1
int432-2^31 ~ 2^31-1
long864-2^63 ~ 2^63-1
char2字節(jié)16位0~65535
float4字節(jié)32位±3.4E+38
double8字節(jié)64位±1.7E+308
boolean4字節(jié)32位true\false

從上表中我們可以看到,整型的最大取值范圍是-2^63 ~ 2^63-1,浮點(diǎn)型的最大取值范圍是±1.7E+308。但是不管這個(gè)范圍有多大,有些小伙伴就想杠一下,如果我就要存一個(gè)比Integer或Long更大的數(shù)字,怎么辦?

針對這種大整數(shù)的需求,我們可以使用BigInteger,它的數(shù)字范圍比 Integer類型的數(shù)字范圍要大得多,而且BigInteger支持任意精度的整數(shù)。也就是說在運(yùn)算中,BigInteger類型可以準(zhǔn)確地表示任何大小的整數(shù)值。BigInteger和Integer、Long一樣都是Number的子類,屬于不可變類。它自身帶有一些可以進(jìn)行運(yùn)算的方法,包括基本的加、減、乘、除操作,還有很多較為高級的操作,像求絕對值、相反數(shù)、最大公約數(shù)及判斷是否為質(zhì)數(shù)等,所以BigInteger用起來是比較方便的。

2. 使用方法

2.1 常用API方法

如果我們要使用BigInteger類,首先要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)BigInteger對象。BigInteger類提供了多個(gè)構(gòu)造方法,其中最直接的一個(gè)是以字符串作為參數(shù)的構(gòu)造方法,即BigInteger(String val)。在創(chuàng)建BigInteger對象之后,我們就可以調(diào)用BigInteger類提供的方法,進(jìn)行各種數(shù)學(xué)運(yùn)算了,這些常用的API方法如下:

方法名稱說明
add(BigInteger val)做加法運(yùn)算
subtract(BigInteger val)做減法運(yùn)算
multiply(BigInteger val)做乘法運(yùn)算
divide(BigInteger val)做除法運(yùn)算
remainder(BigInteger val)做取余數(shù)運(yùn)算
divideAndRemainder(BigInteger val)做除法運(yùn)算,返回?cái)?shù)組的第一個(gè)值為商,第二個(gè)值為余數(shù)
pow(int exponent)做參數(shù)的 exponent 次方運(yùn)算
negate()取相反數(shù)
shiftLeft(int n)將數(shù)字左移 n 位,如果 n 為負(fù)數(shù),則做右移操作
shiftRight(int n)將數(shù)字右移 n 位,如果 n 為負(fù)數(shù),則做左移操作
and(BigInteger val)做與運(yùn)算
or(BigInteger val)做或運(yùn)算
compareTo(BigInteger val)做數(shù)字的比較運(yùn)算
equals(Object obj)當(dāng)參數(shù) obj 是 Biglnteger 類型的數(shù)字并且數(shù)值相等時(shí)返回 true, 其他返回 false
min(BigInteger val)返回較小的數(shù)值
max(BigInteger val)返回較大的數(shù)值

2.2 基本案例

我們先來通過一個(gè)案例,來驗(yàn)證一下BigInteger中的數(shù)字到底有多大。

public static void main(String[] args) {
    //創(chuàng)建一個(gè)BigInteger對象
    BigInteger bi = new BigInteger("1234567890");
    //計(jì)算1234567890的15次方,
    //結(jié)果=23589821655914838120947036369147203948318169938519404175968425823418008249115809912616071588527110255905622789563711716349000000000000000
    System.out.println(bi.pow(15)); 	
}

我們會發(fā)現(xiàn),BigInteger可以表示一個(gè)非常大的數(shù)字,比Integer、Long的范圍都要大。

2.3 類型轉(zhuǎn)換

在上面說過,BigInteger其實(shí)是Number的子類,我們知道,Number中定義了幾個(gè)負(fù)責(zé)類型轉(zhuǎn)換的方法,比如:

  • 轉(zhuǎn)換為 byte byteValue()
  • 轉(zhuǎn)換為 short shortValue()
  • 轉(zhuǎn)換為 int intValue()
  • 轉(zhuǎn)換為 long longValue()
  • 轉(zhuǎn)換為 float floatValue()
  • 轉(zhuǎn)換為 double doubleValue()

我們利用上述幾個(gè)方法,就可以把BigInteger轉(zhuǎn)換成基本類型。但是大家要注意,如果BigInteger表示的范圍超過了基本類型的范圍,在轉(zhuǎn)換時(shí)會丟失高位信息,也就是說,結(jié)果不一定準(zhǔn)確。所以如果我們需要準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換成基本類型,可以使用intValueExact()、longValueExact()這樣的方法。不過這種方法在轉(zhuǎn)換時(shí)如果超出了基本類型的范圍,會直接拋出ArithmeticException異常。我們來驗(yàn)證一下吧。

public static void main(String[] args) {
    //BigInteger轉(zhuǎn)基本類型
    BigInteger bi02 = new BigInteger("123456789000");
    //123456789000
    System.out.println("轉(zhuǎn)為int類型="+bi02.intValue()); 
    System.out.println("轉(zhuǎn)為float類型="+bi02.floatValue()); 
    System.out.println("轉(zhuǎn)為long類型="+bi02.longValue()); 
    //將123456789000乘以123456789000,然后將結(jié)果轉(zhuǎn)為long類型
    //java.lang.ArithmeticException: BigInteger out of long range
    System.out.println("得到精確結(jié)果="+bi02.multiply(bi02).longValueExact()); 
}

但是如果BigInteger的值超過了float的最大范圍(3.4x1038),結(jié)果并不會出現(xiàn)ArithmeticException異常,而是會出現(xiàn)Infinity,如下所示:

//計(jì)算999999的99次方,并得到該結(jié)果的float值
BigInteger bi03 = new BigInteger("999999").pow(99);
float f = bi03.floatValue();
System.out.println("結(jié)果="+f);

2.4 其他用法

接下來我們再來看看其他的API方法都有哪些作用。

import java.math.BigInteger;
import java.util.Scanner;
/**
 * @author
 */
public class Demo10 {
    public static void main(String[] args) {
	Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.println("請輸入一個(gè)整數(shù):");
        // 保存用戶輸入的數(shù)字
        int num = scanner.nextInt();
        // 使用輸入的數(shù)字創(chuàng)建BigInteger對象
        BigInteger bi = new BigInteger(num + "");
        // 計(jì)算大數(shù)字加上99的結(jié)果
        System.out.println("加法的結(jié)果:" + bi.add(new BigInteger("99")));
        // 計(jì)算大數(shù)字減去25的結(jié)果
        System.out.println("減法的結(jié)果:" + bi.subtract(new BigInteger("25")));
        // 計(jì)算大數(shù)字乘以3的結(jié)果
        System.out.println("乘法的結(jié)果:" + bi.multiply(new BigInteger("3")));
        // 計(jì)算大數(shù)字除以2的結(jié)果
        System.out.println("除法的結(jié)果:" + bi.divide(new BigInteger("2")));
        // 計(jì)算大數(shù)字除以3的商
        System.out.println("取商的結(jié)果:" + bi.divideAndRemainder(new BigInteger("3"))[0]);
        // 計(jì)算大數(shù)字除以3的余數(shù)
        System.out.println("取余的結(jié)果:" + bi.divideAndRemainder(new BigInteger("3"))[1]);
        // 計(jì)算大數(shù)字的4次方
        System.out.println("4次方的結(jié)果:" + bi.pow(4));
        // 計(jì)算大數(shù)字的相反數(shù)
        System.out.println("取反的結(jié)果:" + bi.negate());
    }
}

在上述案例中,我們將用戶輸入的數(shù)字作為 BigInteger 對象的參數(shù),然后調(diào)用該對象的各種方法,實(shí)現(xiàn)了加、減、乘、除等運(yùn)算,并輸出了最終的結(jié)果。

二. BigDecimal類

1. 簡介

雖然都是用于大數(shù)字運(yùn)算的類,但BigDecimal加入了小數(shù)的概念,所以是可以操作小數(shù)的。而float 和 double類型,只能用來進(jìn)行科學(xué)計(jì)算或工程計(jì)算,并不適用于精度要求較高的商業(yè)計(jì)算(如貨幣計(jì)算),所以要用到支持任何精度的BigDecimal類。該類中提供了一系列對應(yīng)的方法,可以用來做超大浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算,像加、減、乘和除等。在所有運(yùn)算中,除法運(yùn)算是最復(fù)雜的,因?yàn)榇嬖诔槐M的情況,需要我們考慮末位小數(shù)的處理方式。

2. 使用方法

2.1 常用構(gòu)造方法

以下是BigDecimal類的常用構(gòu)造方法:

  • BigDecimal(double val):實(shí)例化對象時(shí)可以將雙精度型轉(zhuǎn)換為BigDecimal類型;
  • BigDecimal(String val):實(shí)例化對象時(shí)可以將字符串形式轉(zhuǎn)換為BigDecimal類型。

2.2 常用API方法

除了構(gòu)造方法之外,BigDecimal還提供了一些常用的API方法供我們進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。這些方法與BigInteger的方法類型,很多方法名稱和用法也都與之一致,所以這里就不再一一列出了,接下來我就直接通過一個(gè)案例給大家演示這些方法如何使用。

import java.math.BigDecimal;
/**
 * @author
 */
public class Demo11 {
    public static void main(String[] args) {
	BigDecimal bd = new BigDecimal("1000.05800");
	// 計(jì)算大數(shù)字加上99的結(jié)果
        System.out.println("加法的結(jié)果:" + bd.add(new BigDecimal("99")));
        // 計(jì)算大數(shù)字減去25的結(jié)果
        System.out.println("減法的結(jié)果:" + bd.subtract(new BigDecimal("25")));
        // 計(jì)算大數(shù)字乘以1000的結(jié)果
        System.out.println("乘法的結(jié)果:" + bd.multiply(new BigDecimal(1000)));
	//獲取小數(shù)的位數(shù),5
	System.out.println(bd.scale()); 
	//去掉BigDecimal末尾的0,返回一個(gè)與原有BigDecimal相等的新對象
	BigDecimal bd2 = bd.stripTrailingZeros();
	System.out.println(bd2.scale()); 
    }
}

在上述代碼中,stripTrailingZeros()方法用于去掉BigDecimal末尾的0,并返回一個(gè)與原有BigDecimal相等的新對象。而scale()方法用于獲取一個(gè)數(shù)字后面0的個(gè)數(shù),如果返回的是負(fù)數(shù),比如-2,則表示該數(shù)是一個(gè)整數(shù),且末尾有2個(gè)0。

2.3 divide()除法

BigDecimal進(jìn)行加、減、乘時(shí),數(shù)字的精度不會丟失,但是進(jìn)行除法運(yùn)算時(shí),有可能會出現(xiàn)無法除盡的情況,此時(shí)必須指定精度以及如何進(jìn)行截?cái)?。BigDecimal給我們提供了divide()和divideAndRemainder()兩個(gè)方法可以進(jìn)行除法運(yùn)算。

其中,divide()方法有3個(gè)參數(shù)分別表示除數(shù)、商的小數(shù)點(diǎn)后的位數(shù)和近似值的處理模式,下表是給大家列出的roundingMode參數(shù)支持的處理模式。

模式名稱說明
BigDecimal.ROUND_UP商的最后一位,如果大于 0,則向前進(jìn)位,正負(fù)數(shù)都如此。
BigDecimal.ROUND_DOWN商的最后一位無論是什么數(shù)字都省略
BigDecimal.ROUND_CEILING商如果是正數(shù),按照 ROUND_UP 模式處理;如果是負(fù)數(shù),按照 ROUND_DOWN模式處理
BigDecimal.ROUND_FLOOR與 ROUND_CELING 模式相反,商如果是正數(shù),按照 ROUND_DOWN 模式處理;如果是負(fù)數(shù),按照 ROUND_UP 模式處理
BigDecimal.ROUND_HALF_ DOWN對商進(jìn)行五舍六入操作。如果商最后一位小于等于 5,則做舍棄操作,否則對最后一位進(jìn)行進(jìn)位操作
BigDecimal.ROUND_HALF_UP對商進(jìn)行四舍五入操作。如果商最后一位小于 5,則做舍棄操作,否則對最后一位進(jìn)行進(jìn)位操作
BigDecimal.ROUND_HALF_EVEN如果商的倒數(shù)第二位是奇數(shù),則按照 ROUND_HALF_UP 處理;如果是偶數(shù),則按照 ROUND_HALF_DOWN 處理
import java.math.BigDecimal;
import java.math.RoundingMode;
/**
 * @author 一一哥Sun
 */
public class Demo12 {
    public static void main(String[] args) {
	BigDecimal d1 = new BigDecimal("123.456");
	BigDecimal d2 = new BigDecimal("123.456789");
	// 會產(chǎn)生ArithmeticException異常,因?yàn)槌槐M,可以設(shè)置RoundingMode,按照指定的方法進(jìn)行四舍五入或者直接截?cái)啵?
	//BigDecimal d3 = d1.divide(d2); 
	// 保留10位小數(shù)并四舍五入
	BigDecimal d4 = d1.divide(d2, 10, RoundingMode.HALF_UP); 
	System.out.println("d4="+d4);
	//按指定的位數(shù)直接截?cái)啵?.xxxx
	BigDecimal d5 = d1.divide(d2, 4, RoundingMode.DOWN); 
	System.out.println("d5="+d5);
    }
}

2.4 divideAndRemainder()除法

而divideAndRemainder()方法,會返回一個(gè)數(shù)組,內(nèi)部包含兩個(gè)BigDecimal,分別是商和余數(shù),其中商總是整數(shù),余數(shù)不會大于除數(shù),所以我們可以利用這個(gè)方法來判斷兩個(gè)BigDecimal是否是整數(shù)倍數(shù)。

import java.math.BigDecimal;
import java.math.RoundingMode;
/**
 * @author 
 */
public class Demo12 {
    public static void main(String[] args) {
	//divideAndRemainder方法,返回一個(gè)數(shù)組,該數(shù)組內(nèi)部包含了兩個(gè)BigDecimal,分別是商和余數(shù),其中商總是整數(shù),余數(shù)不會大于除數(shù)。
	//我們可以利用這個(gè)特性來判斷兩個(gè)BigDecimal是否是整數(shù)倍數(shù)。
	BigDecimal n = new BigDecimal("123.456");
        BigDecimal m = new BigDecimal("0.123");
        BigDecimal[] dr = n.divideAndRemainder(m);
        System.out.println(dr[0]); // 1003
        System.out.println(dr[1]); // 0.087
        if (dr[1].signum() == 0) {
            // n是m的整數(shù)倍
            System.out.println("n是m的整數(shù)倍"); 
        }else {
            System.out.println("n不是m的整數(shù)倍"); 
        }
    }
}

3. 比較兩個(gè)BigDecimal

如果我們想比較兩個(gè)BigDecimal的值是否相等,需要特別注意,請不要使用equals()方法,因?yàn)槭褂迷摲绞竭M(jìn)行比較時(shí),不但要求兩個(gè)BigDecimal的值相等,還要求它們的scale()結(jié)果也相等。所以一般是建議使用compareTo()方法來比較,它會根據(jù)兩個(gè)值的大小分別返回負(fù)數(shù)、正數(shù)和0,分別表示小于、大于和等于。如下所示:

import java.math.BigDecimal;
/**
 * @author
 */
public class Demo13 {
    public static void main(String[] args) {
	BigDecimal d1 = new BigDecimal("123.456");
	BigDecimal d2 = new BigDecimal("123.456000");
	// false,因?yàn)閟cale不同
	System.out.println("d1==d2? "+d1.equals(d2)); 
	// true,因?yàn)閐2去除尾部0后scale變?yōu)?
	System.out.println("d1==d2? "+d1.equals(d2.stripTrailingZeros())); 
	//結(jié)果=0,負(fù)數(shù)表示小于,正數(shù)表示大于,0表示等于
	System.out.println("d1==d2? "+d1.compareTo(d2));
    }
}

之所以需要使用compareTo()方法來比較兩個(gè)BigDecimal的值才準(zhǔn)確,這是因?yàn)橐粋€(gè)BigDecimal實(shí)際上由一個(gè)BigInteger和一個(gè)scale組合而成的,其中BigInteger表示一個(gè)完整的整數(shù),scale表示小數(shù)位數(shù)。如下圖所示:

compareTo()方法內(nèi)部會對小數(shù)位數(shù)進(jìn)行判斷,所以更準(zhǔn)確,如下圖:

三. 結(jié)語

至此,就把BigInteger、BigDecimal等大數(shù)字類介紹完畢了,最后給大家總結(jié)一下今天的重點(diǎn)內(nèi)容:

  • BigInteger 用于表示任意大小的整數(shù);
  • BigInteger 是不變類,并且繼承自 Number ;
  • BigInteger 轉(zhuǎn)換成基本類型時(shí)可使用 longValueExact() 等方法保證結(jié)果準(zhǔn)確;
  • BigDecimal 用于表示精確的小數(shù),常用于財(cái)務(wù)計(jì)算;
  • 比較 BigDecimal 的值是否相等,必須使用 compareTo() 而不能使用 equals()。

以上就是Java中BigInteger與BigDecimal類用法總結(jié)的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于Java BigInteger與BigDecimal類的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!

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