Java基础API探索：数值与字符串处理

# Java基础API探索：数值与字符串处理 ## 1. 严格浮点计算与溢出问题 在进行中间计算时，如果用32/64位表示数值，可能会出现溢出或下溢的情况，但用更多位表示时可能就不会。这种差异会影响程序的可移植性。`strictfp` 关键字可以解决这个问题，它要求所有平台在中间计算时都使用32/64位。 `strictfp` 可以应用于方法，确保该方法中的所有浮点计算都严格符合要求；也可以用于类头声明，确保类中的所有浮点计算都严格执行。例如： ```java public strictfp class FourierTransform { // 类中的浮点计算将严格执行 } ``` 需要注意的是，`Math` 和 `StrictMath` 类被声明为 `final`，不能被扩展，并且它们声明了私有的无参构造函数，不能被实例化。它们是工具类，用于存储实用常量和静态方法。 ## 2. BigDecimal类的使用 ### 2.1 避免使用浮点类型表示货币 在之前介绍的 `SavingsAccount` 类中，余额字段使用 `int` 类型，它可以记录账户中的美元数，也可以表示美分数。可能有人会想为什么不使用 `double` 或 `float` 类型，这样可以存储像 `18.26` 这样的值。但不使用它们的原因有两个： - 并非所有能表示货币金额的浮点值都能在内存中精确存储。例如，`0.1` 没有精确的存储表示。以下代码： ```java double total = 0.1; for (int i = 0; i < 50; i++) { total += 0.1; } System.out.println(total); ``` 输出结果是 `5.099999999999998`，而不是正确的 `5.1`。 - 每次浮点计算的结果都需要四舍五入到最接近的美分，否则会引入微小误差，导致最终结果与正确结果不同。虽然 `Math` 类提供了 `round()` 方法，但它们是四舍五入到最接近的整数（美元）。 下面的 `InvoiceCalc` 应用程序展示了这两个问题： ```java import java.text.NumberFormat; public class InvoiceCalc { final static double DISCOUNT_PERCENT = 0.1; // 10% final static double TAX_PERCENT = 0.05; // 5% public static void main(String[] args) { double invoiceSubtotal = 285.36; double discount = invoiceSubtotal * DISCOUNT_PERCENT; double subtotalBeforeTax = invoiceSubtotal - discount; double salesTax = subtotalBeforeTax * TAX_PERCENT; double invoiceTotal = subtotalBeforeTax + salesTax; NumberFormat currencyFormat = NumberFormat.getCurrencyInstance(); System.out.println("Subtotal: " + currencyFormat.format(invoiceSubtotal)); System.out.println("Discount: " + currencyFormat.format(discount)); System.out.println("SubTotal after discount: " + currencyFormat.format(subtotalBeforeTax)); System.out.println("Sales Tax: " + currencyFormat.format(salesTax)); System.out.println("Total: " + currencyFormat.format(invoiceTotal)); } } ``` 运行该程序，输出结果如下： ``` Subtotal: $285.36 Discount: $28.54 SubTotal after discount: $256.82 Sales Tax: $12.84 Total: $269.67 ``` 虽然正确显示了小计、折扣、折扣后的小计和销售税，但最终总价显示为 `269.67`，而正确值应该是 `269.66`。问题在于每次计算后没有将结果四舍五入到最接近的美分。 ### 2.2 使用BigDecimal解决问题 Java 提供了 `java.math.BigDecimal` 类来解决上述问题。这是一个不可变类，用于表示任意精度的有符号十进制数，并带有一个关联的比例（指定小数点后的位数）。 `BigDecimal` 类声明了三个便利常量：`ONE`、`TEN` 和 `ZERO`，分别对应 `1`、`10` 和 `0`，比例为 `0`。同时，要避免使用 `ROUND_` 前缀的常量以及 `divide(BigDecimal divisor, int scale, int roundingMode)` 和 `setScale(int newScale, int roundingMode)` 方法，因为它们大多已过时。 以下是 `BigDecimal` 类的一些常用构造函数和方法： | 方法 | 描述 | | ---- | ---- | | `BigDecimal(int val)` | 初始化 `BigDecimal` 实例为 `val` 的数字，比例设置为 `0`。 | | `BigDecimal(String val)` | 初始化 `BigDecimal` 实例为 `val` 的十进制等效值，比例设置为小数点后的位数，若未指定小数点则为 `0`。当 `val` 为 `null` 时抛出 `NullPointerException`，当 `val` 的字符串表示无效时抛出 `NumberFormatException`。 | | `BigDecimal abs()` | 返回一个新的 `BigDecimal` 实例，包含当前实例值的绝对值，结果的比例与当前实例相同。 | | `BigDecimal add(BigDecimal augend)` | 返回一个新的 `BigDecimal` 实例，包含当前值与参数值的和，结果的比例为当前和参数比例的最大值。当 `augend` 为 `null` 时抛出 `NullPointerException`。 | | `BigDecimal divide(BigDecimal divisor)` | 返回一个新的 `BigDecimal` 实例，包含当前值除以参数值的商，结果的比例为当前和参数比例的差值，可能会根据结果需要进行调整。当 `divisor` 为 `null` 或表示 `0` 或结果无法精确表示时抛出异常。 | | `BigDecimal max(BigDecimal val)` | 返回 `this` 或 `val` 中值较大的 `BigDecimal` 实例。当 `val` 为 `null` 时抛出 `NullPointerException`。 | | `BigDecimal min(BigDecimal val)` | 返回 `this` 或 `val` 中值较小的 `BigDecimal` 实例。当 `val` 为 `null` 时抛出 `NullPointerException`。 | | `BigDecimal multiply(BigDecimal multiplicand)` | 返回一个新的 `BigDecimal` 实例，包含当前值与参数值的乘积，结果的比例为当前和参数比例的和。当 `multiplicand` 为 `null` 时抛出 `NullPointerException`。 | | `BigDecimal negate()` | 返回一个新的 `BigDecimal` 实例，包含当前值的负值，结果的比例与当前比例相同。 | | `int precision()` | 返回当前 `BigDecimal` 实例的精度。 | | `BigDecimal remainder(BigDecimal divisor)` | 返回一个新的 `BigDecimal` 实例，包含当前值除以参数值的余数，结果的比例为当前和参数比例的差值，可能会根据结果需要进行调整。当 `divisor` 为 `null` 或表示 `0` 时抛出异常。 | | `int scale()` | 返回当前 `BigDecimal` 实例的比例。 | | `BigDecimal setScale(int newScale, RoundingMode roundingMode)` | 返回一个具有指定比例和舍入模式的新 `BigDecimal` 实例。当 `roundingMode` 为 `null` 或设置为 `RoundingMode.ROUND_UNNECESSARY` 但需要舍入时抛出异常。 | | `BigDecimal subtract(BigDecimal subtrahend)` | 返回一个新的 `BigDecimal` 实例，包含当前值减去参数值的结果，结果的比例为当前和参数比例的最大值。当 `subtrahend` 为 `null` 时抛出 `NullPointerException`。 | | `String toString()` | 返回此 `BigDecimal` 实例的字符串表示，必要时使用科学记数法。 | `BigDecimal` 的舍入模式由 `java.math.RoundingMode` 枚举定义，常见的舍入模式如下： | 常量 | 描述 | | ---- | ---- | | `CEILING` | 向正无穷大舍入。 | | `DOWN` | 向零舍入。 | | `FLOOR` | 向负无穷大舍入。 | | `HALF_DOWN` | 向“最近邻”舍入，除非两个邻居距离相等，此时向下舍入。 | | `HALF_EVEN` | 向“最近邻”舍入，除非两个邻居距离相等，此时向偶数邻居舍入。 | | `HALF_UP` | 向“最近邻”舍入，除非两个邻居距离相等，此时向上舍入（这是学校常用的舍入模式）。 | | `UNNECESSARY` | 不需要舍入，因为请求的操作产生精确结果。 | | `UP` | 正值向正无穷大舍入，负值向负无穷大舍入。 | 以下是使用 `BigDecimal` 类正确执行发票计算的代码： ```java import java.math.BigDecimal; import java.math.RoundingMode; public class InvoiceCalc { public static void main(String[] args) { BigDecimal invoiceSubtotal = new BigDecimal("285.36"); BigDecimal discountPercent = new BigDecimal("0.10"); BigDecimal discount = invoiceSubtotal.multiply(discountPercent); discount = discount.setScale(2, RoundingMode.HALF_UP); BigDecimal subtotalBeforeTax = invoiceSubtotal.subtract(discount); subtotalBeforeTax = subtotalBeforeTax.setScale(2, RoundingMode.HALF_UP); BigDecimal salesTaxPercent = new BigDecimal("0.05"); BigDecimal salesTax = subtotalBeforeTax.multiply(salesTaxPercent); salesTax = salesTax.setScale(2, RoundingMode.HALF_UP); BigDecimal invoiceTotal = subtotalBeforeTax.add(salesTax); ```