使用 BigDecimal 进行浮点数运算

今天药忘吃喽~ 2024-04-07 14:33 111阅读 0赞

### BigDecimal 介绍 ###

`BigDecimal` 可以实现对浮点数的运算，不会造成精度丢失。

通常情况下，大部分需要浮点数精确运算结果的业务场景（比如涉及到钱的场景）都是通过 `BigDecimal` 来做的。

《阿里巴巴 Java 开发手册》中提到：**浮点数之间的等值判断，基本数据类型不能用 == 来比较，包装数据类型不能用 equals 来判断。**

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具体原因我们在上面已经详细介绍了，这里就不多提了。

想要解决浮点数运算精度丢失这个问题，可以直接使用 `BigDecimal` 来定义浮点数的值，然后再进行浮点数的运算操作即可。

BigDecimal a = new BigDecimal("1.0");
    BigDecimal b = new BigDecimal("0.9");
    BigDecimal c = new BigDecimal("0.8");
    
    BigDecimal x = a.subtract(b);
    BigDecimal y = b.subtract(c);
    
    System.out.println(x.compareTo(y));// 0

### BigDecimal 常见方法 ###

#### 创建 ####

我们在使用 `BigDecimal` 时，为了防止精度丢失，推荐使用它的`BigDecimal(String val)`构造方法或者 `BigDecimal.valueOf(double val)` 静态方法来创建对象。

《阿里巴巴 Java 开发手册》对这部分内容也有提到，如下图所示。

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#### 加减乘除 ####

`add` 方法用于将两个 `BigDecimal` 对象相加，`subtract` 方法用于将两个 `BigDecimal` 对象相减。`multiply` 方法用于将两个 `BigDecimal` 对象相乘，`divide` 方法用于将两个 `BigDecimal` 对象相除。

BigDecimal a = new BigDecimal("1.0");
    BigDecimal b = new BigDecimal("0.9");
    System.out.println(a.add(b));// 1.9
    System.out.println(a.subtract(b));// 0.1
    System.out.println(a.multiply(b));// 0.90
    System.out.println(a.divide(b));// 无法除尽，抛出 ArithmeticException 异常
    System.out.println(a.divide(b, 2, RoundingMode.HALF_UP));// 1.11

这里需要注意的是，在我们使用 `divide` 方法的时候尽量使用 3 个参数版本，并且`RoundingMode` 不要选择 `UNNECESSARY`，否则很可能会遇到 `ArithmeticException`（无法除尽出现无限循环小数的时候），其中 `scale` 表示要保留几位小数，`roundingMode` 代表保留规则。

public BigDecimal divide(BigDecimal divisor, int scale, RoundingMode roundingMode) {
        return divide(divisor, scale, roundingMode.oldMode);
    }

保留规则非常多，这里列举几种:

public enum RoundingMode {
       // 2.5 -> 3 , 1.6 -> 2
       // -1.6 -> -2 , -2.5 -> -3
        UP(BigDecimal.ROUND_UP),
       // 2.5 -> 2 , 1.6 -> 1
       // -1.6 -> -1 , -2.5 -> -2
        DOWN(BigDecimal.ROUND_DOWN),
        // 2.5 -> 3 , 1.6 -> 2
       // -1.6 -> -1 , -2.5 -> -2
        CEILING(BigDecimal.ROUND_CEILING),
        // 2.5 -> 2 , 1.6 -> 1
       // -1.6 -> -2 , -2.5 -> -3
        FLOOR(BigDecimal.ROUND_FLOOR),
        // 2.5 -> 3 , 1.6 -> 2
       // -1.6 -> -2 , -2.5 -> -3
        HALF_UP(BigDecimal.ROUND_HALF_UP),
       //......
    }

#### 大小比较 ####

`a.compareTo(b)` : 返回 -1 表示 `a` 小于 `b`，0 表示 `a` 等于 `b` ， 1 表示 `a` 大于 `b`。

BigDecimal a = new BigDecimal("1.0");
    BigDecimal b = new BigDecimal("0.9");
    System.out.println(a.compareTo(b));// 1

#### 保留几位小数 ####

通过 `setScale`方法设置保留几位小数以及保留规则。保留规则有挺多种，不需要记，IDEA 会提示。

BigDecimal m = new BigDecimal("1.255433");
    BigDecimal n = m.setScale(3,RoundingMode.HALF_DOWN);
    System.out.println(n);// 1.255

### BigDecimal 等值比较问题 ###

《阿里巴巴 Java 开发手册》中提到：

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`BigDecimal` 使用 `equals()` 方法进行等值比较出现问题的代码示例：

BigDecimal a = new BigDecimal("1");
    BigDecimal b = new BigDecimal("1.0");
    System.out.println(a.equals(b));//false

这是因为 `equals()` 方法不仅仅会比较值的大小（value）还会比较精度（scale），而 `compareTo()` 方法比较的时候会忽略精度。

1.0 的 scale 是 1，1 的 scale 是 0，因此 `a.equals(b)` 的结果是 false。

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`compareTo()` 方法可以比较两个 `BigDecimal` 的值，如果相等就返回 0，如果第 1 个数比第 2 个数大则返回 1，反之返回-1。

BigDecimal a = new BigDecimal("1");
    BigDecimal b = new BigDecimal("1.0");
    System.out.println(a.compareTo(b));//0

### 总结 ###

浮点数没有办法用二进制精确表示，因此存在精度丢失的风险。

不过，Java 提供了`BigDecimal` 来操作浮点数。`BigDecimal` 的实现利用到了 `BigInteger` （用来操作大整数）, 所不同的是 `BigDecimal` 加入了小数位的概念。

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