Java使用BigDecimal进行高精度计算

发表于:2017-9-06 10:24  作者:麦田   来源:51Testing软件测试网采编

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  首先看如下代码示例:
  System.out.println(0.05 + 0.01);
  System.out.println(0.05 - 0.03);
  System.out.println(1.025 * 100);
  System.out.println(305.1 / 1000);
  输出结果为:
  0.060000000000000005
  0.020000000000000004
  102.49999999999999
  0.30510000000000004
  Java语言支持两种基本的浮点类型:float和double,以及与它们对应的包装类Float和Double。它们都依据IEEE 754 标准,该标准为 32 位浮点和 64 位双精度浮点二进制小数定义了二进制标准。
  IEEE 754 用科学记数法以底数为 2 的小数来表示浮点数。IEEE 浮点数用 1 位表示数字的符号,用 8 位来表示指数,用 23 位来表示尾数,即小数部分,作为有符号整数的指数可以有正负之分,小数部分用二进制(底数 2)小数来表示
  不要用浮点值表示精确值
  一些非整数值(如几美元和几美分这样的小数)需要很精确。浮点数不是精确值,所以使用它们会导致舍入误差。因此,使用浮点数来试图表示象货币量这样的精确数量不是一个好的想法。使用浮点数来进行美元和美分计算会得到灾难性的后果。浮点数最好用来表示象测量值这类数值,这类值从一开始就不怎么精确。
  使用BigDecimal
  从 JDK 1.3 起,Java 开发人员就有了另一种数值表示法来表示非整数: BigDecimal 。 BigDecimal 是标准的类,在编译器中不需要特殊支持,它可以表示任意精度的小数,并对它们进行计算。
  用于加、减、乘和除的方法给 BigDecimal 值提供了算术运算。由于 BigDecimal 对象是不可变的,这些方法中的每一个都会产生新的 BigDecimal 对象。因此,因为创建对象的开销, BigDecimal 不适合于大量的数学计算,但设计它的目的是用来精确地表示小数。如果您正在寻找一种能精确表示如货币量这样的数值,则 BigDecimal 可以很好地胜任该任务。
  构造 BigDecimal 数
  对于 BigDecimal ,有几个可用的构造函数。其中一个构造函数以双精度浮点数作为输入,另一个以整数和换算因子作为输入,还有一个以小数的 String 表示作为输入。要小心使用 BigDecimal(double) 构造函数,因为如果不了解它,会在计算过程中产生舍入误差。请使用基于整数或 String 的构造函数。
  public class Test {
      public static void main(String[] args) {
          // 以双精度浮点数进行构造
          BigDecimal bd1 = new BigDecimal(0.5);
          BigDecimal bd2 = new BigDecimal(0.1);
          System.out.println(bd1.add(bd2));
          // 以String类型进行构造
          BigDecimal bd3 = new BigDecimal("0.5");
          BigDecimal bd4 = new BigDecimal("0.1");
          System.out.println(bd3.add(bd4));
      }
  }
  输出结果为:
  0.6000000000000000055511151231257827021181583404541015625
  0.6
  上面代码分别以
  BigDecimal(double val)
  BigDecimal(String val)
  不同的方式进行构造 BigDecimal 数,输出的结果是不一样的。
  回到最开始的示例,提供工具类进行精确的浮点数运算,包括加减乘除和四舍五入。
  import java.math.BigDecimal;
  public class ArithUtil {
      private static final int DEF_DIV_SCALE = 6; // 默认除法运算精度
      /**
       * 提供精确的加法运算。
       *
       * @param v1 被加数
       * @param v2 加数
       * @return 两个参数的和
       */
      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();
      }
      /**
       * 提供精确的减法运算。
       *
       * @param v1 被减数
       * @param v2 减数
       * @return 两个参数的差
       */
      public static double sub(double v1, double v2) {
          BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(v1));
          BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(v2));
          return b1.subtract(b2).doubleValue();
      }
      /**
       * 提供精确的乘法运算。
       *
       * @param v1 被乘数
       * @param v2 乘数
       * @return 两个参数的积
       */
      public static double mul(double v1, double v2) {
          BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(v1));
          BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(v2));
          return b1.multiply(b2).doubleValue();
      }
      /**
       * 提供(相对)精确的除法运算,当发生除不尽的情况时,精确到 小数点以后10位,以后的数字四舍五入。
       *
       * @param v1 被除数
       * @param v2 除数
       * @return 两个参数的商
       */
      public static double div(double v1, double v2) {
          return div(v1, v2, DEF_DIV_SCALE);
      }
      /**
       * 提供(相对)精确的除法运算。当发生除不尽的情况时,由scale参数指 定精度,以后的数字四舍五入。
       *
       * @param v1 被除数
       * @param v2 除数
       * @param scale  表示表示需要精确到小数点以后几位。
       * @return 两个参数的商
       */
      public static double div(double v1, double v2, int scale) {
          if (scale < 0) {
              throw new IllegalArgumentException(
                  "The scale must be a positive integer or zero");
          }
          BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(v1));
          BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(v2));
          return b1.divide(b2, scale, BigDecimal.ROUND_HALF_UP).doubleValue();
      }
      /**
       * 提供精确的小数位四舍五入处理。
       *
       * @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(
                  "The scale must be a positive integer or zero");
          }
          BigDecimal b = new BigDecimal(Double.toString(v));
          BigDecimal one = new BigDecimal("1");
          return b.divide(one, scale, BigDecimal.ROUND_HALF_UP).doubleValue();
      }
  }
  结束语:
  在 Java 程序中使用浮点数和小数充满着陷阱。浮点数和小数不象整数一样“循规蹈矩”,不能假定浮点计算一定产生整型或精确的结果,虽然它们的确“应该”那样做。最好将浮点运算保留用作计算本来就不精确的数值,譬如测量。如果需要表示定点数(譬如,几美元和几美分),则使用 BigDecimal 。

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