初识Java（Java数字处理类-大数字运算)

╰半夏微凉° 2022-05-25 01:48 189阅读 0赞

### 一、大数字运算 ###

在 Java 中提供了大数字的操作类，即 java.math.BigInteger 类与 java.math.BigDecimal 类。这两个类用于高精度计算，体重 BigInteger 类是针对大整数的处理类，而 BigDecimal 类则是针对大小数的处理类。

1.1 BigInteger

BigInteger 类型的数字范围较 Integer 类型的数字范围要大得多。 Integer 是 int 的包装类， int 的最大值是 2³¹-1 ，如果要计算更大的数字，使用 Integer 数据类型就无法实现了，所以 Java 中提供了 BigInteger 类来处理更大的数字。 BigInteger 支持任意精度的整数，也就是说在运算中 BigInteger 类型可以准确地表示任何大小的整数值而不会丢失任何信息。

在 BigInteger 类中封装了多种操作，除了基本的加、减、乘、除操作之外，还提供了绝对值、相反数、最大公约数以及判断是否为质数等操作。

使用 BigInteger 类，可以实例化一个 BigInteger 对象，并自动调用相应的构造函数。 BigInteger 类具有很多构造函数，但最直接的一种方式是参数以字符串形式代表要处理的数字。

语法如下 ：

public BigInteger(String val)

其中 ， val 是十进制字符串。

如果将 2 转换为 BigInteger 类型，可以使用一下语句进行初始化操作 ：

BigInteger twoInstance = new BigInteger("2");     //将十进制 2 转换为 BigInteger 形式

参数 2 的双引号不能省略，因为参数是以字符串的形式存在的。

一旦创建了对象实例，就可以调用 BigInteger 类中的一些方法进行运算操作，包括基本的数学运算和位运算以及一些取相反数、取绝对值等操作。下面列举几种常用运算方法 ：

（ 1 ） public BigInteger add(BigInteger val)  ：                     做加法运算
    （ 2 ） public BigInteger subtract(BigInteger val)  ：                做减法运算
    （ 3 ） public BigInteger multiply(BigInteger val)  ：                做乘法运算
    （ 4 ） public BigInteger divide(BigInteger val)  ：                  做除法运算
    （ 5 ） public BigInteger remainder(BigInteger val)  ：               做取余运算
    （ 6 ） public BigInteger[] divideAndRemainder (BigInteger val)  ：   用数组返回余数和商，结果数组中第一个值为商，第二个值为余数
    （ 7 ） public BigInteger pow(int exponent)  ：                       进行取参数的 exponent 次方操作
    （ 8 ） public BigInteger negate()  ：                                取相反数
    （ 9 ） public BigInteger shiftLeft(int n)  ：                        将数字左移 n 位，如果 n 为负数，做右移操作
    （ 10 ）public BigInteger shiftRight(int n)  ：                       将数字右移 n 位，如果 n 为负数，做左移操作
    （ 11 ）public BigInteger and(BigInteger val) ：                      做与操作
    （ 12 ）public BigInteger or(BigInteger val)  ：                      做或操作
    （ 13 ）public int compareTo(BigInteger val)  ：                      做数字比较操作
    （ 14 ）public boolean equals(Object x)  ：                           当参数 x 是 BigInteger 类型的数字并且数值相等时，返回 true 
    （ 15 ）public BigInteger min(BigInteger val)   ：                    返回较小的数值
    （ 16 ）public BigInteger max(BigInteger val)   ：                    返回较大的数值

eg ： 创建类，在类的主方法中创建 BigInteger 类的实例对象，调用该对象的各种方法实现大整数的加、减、乘、除和其他运算，并输出运算结果。

import java.math.BigInteger;
    public class BigIntegerDemo {
        public static void main(String[] args) {
            BigInteger bigInteger = new BigInteger("4");//实例化一个大数字
            System.out.println("加法操作：" + bigInteger.add(new BigInteger("2")));
            System.out.println("减法操作：" + bigInteger.subtract(new BigInteger("2")));
            System.out.println("乘法操作：" + bigInteger.multiply(new BigInteger("2")));
            System.out.println("除法操作：" + bigInteger.divide(new BigInteger("2")));
            System.out.println("取商操作：" + bigInteger.divideAndRemainder(new BigInteger("3"))[0]);
            System.out.println("取余数操作：" + bigInteger.divideAndRemainder(new BigInteger("3"))[1]);
            System.out.println("做 2 次方操作：" + bigInteger.pow(2));
            System.out.println("取相反数操作：" + bigInteger.negate());
        }
    }

运行结果为 ：

加法操作：6
    减法操作：2
    乘法操作：8
    除法操作：2
    取商操作：1
    取余数操作：1
    做 2 次方操作：16
    取相反数操作：-4

1.2 BigDecimal

BigDecimal 和 BigInteger 都能用来实现大数字的运算，不同的是 BigDecimal 加入了小数的概念。一般的 float 型和 double 型数据只可以用来做科学计算或工程计算，但由于在商业计算中要求数字精度比较高，所以要用到 java.math.BigDecimal 类。 BigDecimal 类支持任何精度的定点数，可以用它来精确计算货币值。

在 BigDecimal 类中常用的两个构造方法如下 ：

public BigDecimal(double val) :    实例化时将双精度型转换为 BigDecimal 类型
    public BigDecimal(String val) :    实例化时将字符串形式转换为 BigDecimal 类型

BigDecimal 类型的数字可以用来做超大的浮点数的运算，如加、减、乘、除等，但是在所有的运算中除法是最复杂的，因为在除不尽的情况下末位小数点的处理是需要考虑的。

下面列举 BigDecimal 类中实现加、减、乘、除的方法 ：

public BigDecimal add(BigDecimal augend) ：做加法操作
    public BigDecimal subtract(BigDecimal subtrahend) ：做减法操作
    public BigDecimal multiply(BigDecimal multiplicand) ：做乘法操作
    public BigDecimal divide(BigDecimal divisor , int sacle ,int roundingMode) ：做除法操作，方法中 3 个参数分别代表除数、商的小数点后的位数、近似处理模式

在上述方法中，BigDecimal 类中 divide() 方法有多种设置，用于返回商末位小数点的处理，这些模式的名称与含义如下 ：

<table> BigDecimal 类中 divide() 方法的多种处理模式 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td>模式</td> 
 <td>含义</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>BigDecimal.ROUND_UP</td> 
 <td>s商的最后一位如果大于 0 ，则向前进位，正负数都如此</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>BigDecimal .ROUND_DOWN</td> 
 <td>商的最后一位无论是什么数字都省略</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>BigDecimal .ROUND_CEILING</td> 
 <td>商如果是正数，按照 ROUND_UP 模式处理；如果是负数，按照 ROUND_DOWN 模式处理。这种模式的处理都会使近似值大于等于实际值。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>BigDecimal .ROUND_FLOOR</td> 
 <td>与 ROUND_CEILING 模式相反，商如果是正数，按照 ROUND_DOWN 模式处理；如果是负数，按照ROUND_UP 模式处理。这种模式的处理都会使近似值小于等于实际值。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>BigDecimal .ROUND_HALF_DOWN</td> 
 <td>对商进行四舍五入操作，如果商最后一位小于等于 5，则做舍弃操作；如果最后一位大于 5 ，则做进位操作，如 7.5&nbsp;≈ 7</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>BigDecimal .ROUND_HALF_UP</td> 
 <td>对商进行四舍五入操作，如果商的最后一位小于 5 则舍弃；如果大于等于 5 ，进行进位操作，如 7.5&nbsp;≈ 8</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>BigDecimal ROUND_HALF_EVEN</td> 
 <td>如果商的倒数第二位为奇数，则按照 ROUND_HALF_UP 处理；如果为偶数，则按照 ROUND_HALF_DOWN 处理，如 7.5 ≈ 8 , 8.5 ≈ 8</td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

eg ： 创建类，在类中分别定义 add() 、sub() 、mul() 和 div() 方法实现加、减、乘、除运算，并输出运算结果。

import java.math.BigDecimal;
 public class BigDecimalDemo {
     static final int location = 10;
     /**
     * 定义加法方法，参数为加数与被加数
     * @param value1 相加的第一个数
      * @param value2 相加的第二个数
      * @return 两数之和
      */
     public BigDecimal add(double value1 , double value2) {
 	//实例化 Decimal 对象
         BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(value1));
         BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(value2));
         return b1.add(b2);        //调用加法方法
     }
     /**
      * 定义减法方法，参数为减数与被减数
      * @param value1 被减数
      * @param value2 减数
     * @return 运算结果
     */
     public BigDecimal sub(double value1 , double value2) {
 	//实例化 Decimal 对象
         BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(value1));
         BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(value2));
         return b1.subtract(b2);        //调用减法方法
     }
     /**
      * 定义乘法方法，参数为乘数与被乘数
      * @param value1 第一个乘数
      * @param value2 第二个乘数
      * @return 运算结果
      */
     public BigDecimal mul(double value1 , double value2) {
     	//实例化 Decimal 对象
         BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(value1));
         BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(value2));
         return b1.multiply(b2);        //调用乘法方法
     }
     /**
      * 定义除法方法，参数为除数与被除数
      * @param value1 被除数
      * @param value2 除数
      * @return 运算结果
      */
     public BigDecimal div(double value1 , double value2) {
         return div(value1, value2,location);//调用自定义除法方法
     }
     public BigDecimal div(double value1 , double value2 ,int b) {
         if (b<0) {
 	    System.out.println("b 值必须大于等于 0");
         }
         BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(value1));
         BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(value2));
         //调用除法方法，商小数点保留 b 位，并将结果进行四舍五入操作
         return b1.divide(b2,b,BigDecimal.ROUND_HALF_UP);
     }
     public static void main(String[] args) {
         BigDecimalDemo b = new BigDecimalDemo();
         System.out.println("两个数字相加结果：" + b.add(-7.5, 8.9));
         System.out.println("两个数字相减结果：" + b.sub(-7.5, 8.9));
         System.out.println("两个数字相乘结果：" + b.mul(-7.5, 8.9));
         System.out.println("两个数字相除结果，结果小数后保留 10 位：" + b.div(10,2));
         System.out.println("两个数字相除，保留小数后 5 位：" + b.div(-7.8,8.9,5));
     }
 }

运行结果为：

两个数字相加结果：1.4
    两个数字相减结果：-16.4
    两个数字相乘结果：-66.75
    两个数字相除结果，结果小数后保留 10 位：5.0000000000
    两个数字相除，保留小数后 5 位：-0.87640

终于，基础算是要告一段落了，接下来是 Java 的核心技术。继续努力，继续学习。