Java 高精度计算 BigDecimal 和 BigInteger

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BigDecimal

在 Java 中，表示小数值一般使用 float 或者 double 类型，可以用于科学计算或者工程计算等。数学意义上的小数是连续的，但 float 和 double 只能表示其中的一些离散点，如果我们要表示的数值刚好无法用 float 或者 double 精确表示的话，那么它会找一个最近的值来近似表示。float 类型的有效精度为6到7位。double 类型的有效精度为16位。

如下所示，float 和 double 类型的计算结果可能出乎我们的预料。

package com.chenpi;

/**
 * @author 陈皮
 * @version 1.0
 * @description
 * @date 2022/3/25
 */
public class ChenPi {

  public static void main(String[] args) {

    double d1 = 0.2;
    double d2 = 0.1;
    double d3 = d1 + d2;
    System.out.println(d3);

    float f1 = 0.1f;
    float f2 = 0.2f;
    float f3 = f1 * f2;
    System.out.println(f3);
  }
}

// 输出结果如下
0.30000000000000004
0.020000001

在商业计算，银行金融等领域，要求数字的精度非常高。推荐使用 BigDecimal 类，它能支持任何精度的定点数。

package com.chenpi;

import java.math.BigDecimal;
import java.math.RoundingMode;

/**
 * @author 陈皮
 * @version 1.0
 * @description
 * @date 2022/3/25
 */
public class ChenPi {

  public static void main(String[] args) {

    BigDecimal bigDecimal1 = new BigDecimal("0.1");
    BigDecimal bigDecimal2 = new BigDecimal("0.2");

    // 加法
    System.out.println(bigDecimal1.add(bigDecimal2));
    // 减法
    System.out.println(bigDecimal1.subtract(bigDecimal2));
    // 乘法
    System.out.println(bigDecimal1.multiply(bigDecimal2));
    // 除法，保留2位小数，向上取舍
    System.out.println(bigDecimal1.divide(bigDecimal2, 2, RoundingMode.HALF_UP));
    // 小数点往左移2位
    System.out.println(bigDecimal1.movePointLeft(2));
    // 小数点往右移1位
    System.out.println(bigDecimal1.movePointRight(1));
    // 转为double值
    System.out.println(bigDecimal1.doubleValue());
    // 2次方
    System.out.println(bigDecimal1.pow(2));

  }
}

注意，不要使用 double 参数的构造方法，因为传入的 double 值可能就不准确的，如下所示。

package com.chenpi;

import java.math.BigDecimal;

/**
 * @author 陈皮
 * @version 1.0
 * @description
 * @date 2022/3/25
 */
public class ChenPi {

  public static void main(String[] args) {
    BigDecimal bigDecimal1 = new BigDecimal(0.1);
    System.out.println(bigDecimal1);
  }
}

// 输出结果如下
0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625

在对两个 BigDecimal 对象进行比较时，不要使用 equals，推荐使用 compareTo。因为 equals 方法会比较小数的位数，这样对于 0.1 和 0.10 就会返回 false。

package com.chenpi;

import java.math.BigDecimal;

/**
 * @author 陈皮
 * @version 1.0
 * @description
 * @date 2022/3/25
 */
public class ChenPi {

  public static void main(String[] args) {
    BigDecimal bigDecimal1 = new BigDecimal("21.1");
    BigDecimal bigDecimal2 = new BigDecimal("21.10");

    // 数值相等，但是小数位不相等，导致结果为false
    System.out.println("equals:" + bigDecimal1.equals(bigDecimal2));

    // 比较的推荐用法
    System.out.println("compareTo:" + bigDecimal1.compareTo(bigDecimal2));

    // 比较是否等于0的用法
    BigDecimal bigDecimal3 = new BigDecimal("0.0");
    if (BigDecimal.ZERO.compareTo(bigDecimal3) == 0) {
      System.out.println("bigDecimal3 等于0");
    }
  }
}

// 输出结果如下
equals:false
compareTo:0
bigDecimal3 等于0

BigInteger

在 Java 中，Integer 和 Long 的最大值和最小值范围如下所示。

package com.chenpi;

/**
 * @author 陈皮
 * @version 1.0
 * @description
 * @date 2022/3/25
 */
public class ChenPi {

  public static void main(String[] args) {

    int mini = Integer.MIN_VALUE;
    int maxi = Integer.MAX_VALUE;
    System.out.println(mini + " ~ " + maxi);
    System.out.println(Integer.toBinaryString(mini) + " ~ " + Integer.toBinaryString(maxi));

    long minl = Long.MAX_VALUE;
    long maxl = Long.MIN_VALUE;
    System.out.println(minl + " ~ " + maxl);
    System.out.println(Long.toBinaryString(minl) + " ~ " + Long.toBinaryString(maxl));
  }
}

// 输出结果如下
-2147483648 ~ 2147483647
10000000000000000000000000000000 ~ 1111111111111111111111111111111

9223372036854775807 ~ -9223372036854775808
111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111 ~ 1000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

但如果我们想表示的数字超过这个范围的话，可以使用 BigInteger 类型，它可以表示更大范围的整数。

package com.chenpi;

import java.math.BigInteger;

/**
 * @author 陈皮
 * @version 1.0
 * @description
 * @date 2022/3/25
 */
public class ChenPi {

  public static void main(String[] args) {

    BigInteger bigInteger1 = new BigInteger("922337203685477580711");
    BigInteger bigInteger2 = new BigInteger("922337203685477580722");

    // 加
    System.out.println(bigInteger1.add(bigInteger2));
    // 减
    System.out.println(bigInteger1.subtract(bigInteger2));
    // 乘
    System.out.println(bigInteger1.multiply(bigInteger2));
    // 除
    System.out.println(bigInteger1.divide(bigInteger2));

  }
}

// 输出结果如下
1844674407370955161433
-11
850705917302346158504406205563945772653342
0

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