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  • Java中的float、double计算精度问题

    java中的float、double计算存在精度问题,这不仅仅在java会出现,在其他语言中也会存在,其原因是出在IEEE 754标准上。

    而java对此提供了一个用于浮点型计算的类——BigDecimal(java.math.BigDecimal),通过将double替换成BigDecimal进行计算可以获得较为精确的计算结果。

    BigDecimal的构造方法有许多,在此推荐使用BigDecimal(String val)的构造方法,通过String字符串进行构造。可能会有人直接使用BigDecimal(double val)去构造,但为什么推荐要使用String而不用double直接构造?原因如BigDecimal(double val)前的注释所说:

        Translates a {@code double} into a {@code BigDecimal} which is the exact decimal representation of the {@code double}'s binary floating-point value. The scale of the returned {@code BigDecimal} is the smallest value such that (10 scale val) is an integer.
        Notes: The results of this constructor can be somewhat unpredictable. One might assume that writing {@code new BigDecimal(0.1)} in Java creates a {@code BigDecimal} which is exactly equal to 0.1 (an unscaled value of 1, with a scale of 1), but it is actually equal to 0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625.This is because 0.1 cannot be represented exactly as a {@code double} (or, for that matter, as a binary fraction of any finite length). Thus, the value that is being passed in to the constructor is not exactly equal to 0.1, appearances notwithstanding.
        The {@code String} constructor, on the other hand, is perfectly predictable: writing {@code new BigDecimal("0.1")} creates a {@code BigDecimal} which is exactly equal to 0.1, as one would expect. Therefore, it is generally recommended that the {@linkplain #BigDecimal(String) String constructor} be used in preference to this one.
        When a {@code double} must be used as a source for a {@code BigDecimal}, note that this constructor provides an exact conversion; it does not give the same result as converting the {@code double} to a {@code String} using the {@link Double#toString(double)} method and then using the {@link #BigDecimal(String)} constructor. To get that result, use the {@code static} {@link #valueOf(double)} method.

    balabala的一大段?挑出重点看,Notes(说明):The results of this constructor can be somewhat unpredictable(这个结果可能是不可预测的)。原因在后面一句话也说了,若用 0.1 new一个BigDecimal,则它实际上是等于0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625,原因无需细看,跳过。

    The {@code String} constructor, on the other hand, is perfectly predictable(通过字符串构造,是可以完全预测的)。到此注释说的差不多了。

    而BigDecimal中一系列的add、subtract等方法对应着加减乘除就不必多说。

    到这里就结束了吗?不,如果单纯的将double替换成BigDecimal,就会大幅降低程序的运行速度,因此需要进行一定的优化:非替换,而是改进。

    依旧用double定义、储存数据,但计算时,使用BigDecimal进行计算(若需要精确的计算),最后只需.doubleValue()即可得到较为精确的double类型的计算结果了。

    由此可以编写一个用于浮点型计算的工具类,专职浮点型计算工作。

     1 import java.math.BigDecimal;
     2 
     3 /**
     4  * 浮点型较为精确计算工具类
     5  */
     6 public class CalculateUtil {
     7     /**
     8      * 私有构造
     9      */
    10     private CalculateUtil(){}
    11     /**
    12      * 加法运算
    13      * @param num1 被加数
    14      * @param num2 加数
    15      * @return 两数之和
    16      */
    17     public static double add(double num1, double num2){
    18         BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(num1));
    19         BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(num2));
    20         return b1.add(b2).doubleValue();
    21     }
    22     /**
    23      * 减法运算
    24      * @param num1 被减数
    25      * @param num2 减数
    26      * @return 两数之差
    27      */
    28     public static double sub(double num1, double num2){
    29         BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(num1));
    30         BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(num2));
    31         return b1.subtract(b2).doubleValue();
    32     }
    33     /**
    34      * 乘法运算
    35      * @param num1 被乘数
    36      * @param num2 乘数
    37      * @return 两数之积
    38      */
    39     public static double mul(double num1, double num2){
    40         BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(num1));
    41         BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(num2));
    42         return b1.multiply(b2).doubleValue();
    43     }
    44     /**
    45      * 除法运算(小数点后10位)
    46      * @param num1 被除数
    47      * @param num2 除数
    48      * @return 两数之商
    49      */
    50     public static double div(double num1, double num2){
    51         return div(num1, num2, 10);
    52     }
    53     
    54     /**
    55      * 除法运算
    56      * @param num1 被除数
    57      * @param num2 除数
    58      * @param scale 小数点后精度位数
    59      * @return 两数之商
    60      */
    61     public static double div(double num1, double num2, int scale){
    62         if(scale<0)
    63             throw new IllegalArgumentException("The scale must be a positive integer or zero");  
    64         BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(num1));
    65         BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(num2));
    66         return b1.divide(b2, scale, BigDecimal.ROUND_HALF_UP).doubleValue();
    67     }
    68     /**
    69      * 四舍五入
    70      * @param num 需要四舍五入的数
    71      * @param scale 小数点后精度位数
    72      * @return 四舍五入值
    73      */
    74     public static double round(double num, int scale){
    75         if(scale<0)
    76             throw new IllegalArgumentException("The scale must be a positive integer or zero");  
    77         BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(num));
    78         return b1.divide(new BigDecimal("1"), scale, BigDecimal.ROUND_HALF_UP).doubleValue();
    79     }
    80 
    81 }
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