使用 BigDecimal 进行精确的加减乘除运算

JAVA herman 731浏览 0评论
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编程的世界中有很多奇特的数字,尤其是一些带小数计算的,结果往往和你要的差别很大。另外在一些银行和电商项目中,关于 float、double 精度丢失问题也时常发生,那么我们在面对这些问题时该如何解决呢?答案就是使用 BigDecimal 进行精确运算。

我们先来看一个例子:

public static void main(String[] args) {
    System.out.println(0.06+0.01);
    System.out.println(1.0-0.42);
    System.out.println(4.015*100);
    System.out.println(303.1/1000);
}

在 java 中计算上面的结果,输出的内容如下:

0.06999999999999999
0.5800000000000001
401.49999999999994
0.30310000000000004

很诧异吧!0.06+0.01 不等于 0.07。1.0-0.42 不等于 0.58。这是个什么鬼?

要解释这个问题,就必须从计算机的底层二进制说起。

计算机只认识二进制,而浮点数(小数)是没有办法用二进制进行精确表示的。CPU 表示浮点数由两个部分组成:指数和尾数。这样的表示的小数一般都会失去一定的精确度,有些浮点数运算也会产生一定的误差。如:2.4 的二进制表示并非就是精确的 2.4。反而最为接近的二进制表示是 2.3999999999999999。浮点数的值实际上是由一个特定的数学公式计算得到的。

明白了这些就能够很简单的解释上面的结果了。于是乎 java 推出了 java.math.BigDecimal 类来进行精确计算。对于常用的加,减,乘,除,BigDecimal 类提供了相应的成员方法。

public BigDecimal add(BigDecimal value);//加法
public BigDecimal subtract(BigDecimal value);//减法 
public BigDecimal multiply(BigDecimal value);//乘法
public BigDecimal divide(BigDecimal value);//除法

BigDecimal 主要有 4 个构造方法。第一种:BigDecimal(double val) 。Translates a double into a BigDecimal. 意思是说可以将一个 double 类型的值转化为 BigDecimal 对象。

第二种:BigDecimal(String val)。Translates the String repre sentation of a BigDecimal into a BigDecimal. 这个也很常用。可以将一个字符串表示为 BigDecimal 对象。注意字符串必须是数字。

第三种和第四种:BigDecimal(int val),BigDecimal(long val)。

利用这四种主要的构造方法,再结合上面的 4 个加减乘除计算方法,我们就可以多所有浮点数字进行精确计算了。

下面是我常用的一个 BigDecimalUtil 工具类:

public class BigDecimalUtil {

    private BigDecimalUtil(){}
	
    /**
     * 提供精确加法计算的add方法
     * @param value1 被加数
     * @param value2 加数
     * @return 两个参数的和
     */
    public static double add(double value1,double value2){
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.valueOf(value1));
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.valueOf(value2));
        return b1.add(b2).doubleValue();
    }
    
    /**
     * 提供精确减法运算的sub方法
     * @param value1 被减数
     * @param value2 减数
     * @return 两个参数的差
     */
    public static double sub(double value1,double value2){
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.valueOf(value1));
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.valueOf(value2));
        return b1.subtract(b2).doubleValue();
    }
    
    /**
     * 提供精确乘法运算的mul方法
     * @param value1 被乘数
     * @param value2 乘数
     * @return 两个参数的积
     */
    public static double mul(double value1,double value2){
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.valueOf(value1));
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.valueOf(value2));
        return b1.multiply(b2).doubleValue();
    }
    
    /**
     * 提供精确的除法运算方法div
     * @param value1 被除数
     * @param value2 除数
     * @param scale 精确范围
     * @return 两个参数的商
     * @throws IllegalAccessException
     */
    public static double div(double value1,double value2,int scale) throws IllegalAccessException{
        //如果精确范围小于0,抛出异常信息
        if(scale<0){         
            throw new IllegalAccessException("精确度不能小于0");
        }
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.valueOf(value1));
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.valueOf(value2));
        return b1.divide(b2, scale).doubleValue();    
    }
}

总结起来就是:

public static double add(double v1,double v2)//加法
public static double sub(double v1,double v2)//减法
public static double mul(double v1,double v2)//乘法
public static double div(double v1,double v2)//除法
public static double div(double v1,double v2,int scale)//除法,保留几位小数
public static double round(double v,int scale)//精确保留几位小数

Java 在 java.math 包中提供的 API 类 BigDecimal,用来对超过 16 位有效位的数进行精确的运算。和它相关联的 MathContext、RoundingMode 这两个类。这两个类,我们以后再说。

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