Java中double类型研究

喜欢ヅ旅行 2022-11-12 09:53 186阅读 0赞

这个问题的兴趣，源自我在解析TCP/UDP数据协议的时候遇到的一个问题：

![2021032318023728.png][]

这个数字，我是通过当前日期的时间微秒来获取的。

以下是c语言来将这个时间转字节数组：

long long t = 1616491310637
    double x;
    unsigned char buf[8];
    memcpy(buf,&t,sizeof(buf));
    //[0x2d, 0xee, 0x63, 0x5e, 0x78, 0x01, 0x00, 0x00]
    //小端序表示的字节序

通过计算器计算16进制表示：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ZlaW5pZmk_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

在java里面，byte\[\]直接转long类型，不会有什么问题。而且非常巧合的是，byte\[\]转double竟然和byte\[\]转long类型有很相似的地方：

package com.xxx.huali.hualitest;
    public class DataTransfer {
    	private static final char[] HEX_STR = "0123456789ABCDEF".toCharArray();
    	public static long bytes2Long(byte[] data) {
    		long value = 0;
    		for(int i=7;i>=0;i--) {
    			value <<= 8;
    			value |= (data[i]&0xff);
    		}
    		return value;
    	}
    	
    	public static double bytes2Double(byte[] data) {
    		long value = 0;
    		for(int i=7;i>=0;i--) {
    			value <<= 8;
    			value |= (data[i]&0xff);
    		}
    		return Double.longBitsToDouble(value);
    	}
    	
    	public static byte[] long2Bytes(long value) {
    		byte[] data = new byte[8];
    		for(int i=7;i>=0;i--) {
    			data[i] = (byte)((value >> i*8) & 0xff);
    		}
    		return data;
    	}
    	
    	public static byte[] double2Bytes(double value) {
    		long d = Double.doubleToRawLongBits(value);
    		byte[] data = new byte[8];
    		for(int i=7;i>=0;i--) {
    			data[i] = (byte)((d >> i*8) & 0xff);
    		}
    		return data;
    	}
    	
    	public static String num2Hex(byte b) {
    		StringBuffer sb = new StringBuffer();
    		sb.append(HEX_STR[(b&0xf0)>>4]);
    		sb.append(HEX_STR[b&0x0f]);
    		return sb.toString().toLowerCase();
    	}
    	
    	public static void main(String[] args) {
    		byte[] data = new byte[] {0x2d, (byte)0xee, 0x63, 0x5e, 0x78, 0x01, 0x00, 0x00};
    		long time = bytes2Long(data);
    		System.out.println("long->"+time);
    		byte[] res = long2Bytes(time);
    		for(int i=0;i<8;i++) {
    			System.out.print(num2Hex(res[i])+" ");
    		}
    		System.out.println();
    		byte[] darr = new byte[] {0x00, (byte)0xd0,(byte)0xe2, 0x3e, (byte)0xe6, (byte)0x85, 0x77, 0x42 };
    		double d2 = bytes2Double(darr);
    		System.out.println("double->"+d2);
    		byte[] res2 = double2Bytes(d2);
    		for(int i=0;i<8;i++) {
    			System.out.print(num2Hex(res2[i])+" ");
    		}
    		System.out.println();
    		
    	}
    }

这段代码运行的结果如下所示：

long->1616491310637
    2d ee 63 5e 78 01 00 00 
    double->1.616491310637E12
    00 d0 e2 3e e6 85 77 42

这里重点我们看转换的代码，无论是数字转字节，还是字节转数字，在java里面，double与long类型有着非常密切的关系：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ZlaW5pZmk_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

这里唯一不一样的地方在于最后一步返回的时候，一个直接返回，一个需要通过Double.longBitsToDouble()转换一下。

接着看看字节转数字：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ZlaW5pZmk_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

double类型，在转byte\[\]之前，需要通过一个Double.doubleToRawLongBits()转为long类型，然后进行按位取值。

重点

我的问题是什么呢，就是我与嵌入式终端约定是解析double类型的字节码，但是他们给我传过来的是longlong类型的整数，java端按照double来解析，发现走到这一步：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ZlaW5pZmk_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

实际上，经过最后一步Double.longBitsToDouble()之后，结果就发生了翻天覆地的变化了，我又懵逼了，不知道如何解释，只能靠猜，终端是不是搞错了，明明是double的，最后传过来的却是longlong，我经过各种确认，最后发现他们确实搞错了。

不过，从这件事情里面我感觉java里面的double应该和long有着很紧密的联系。

我们再来看看long与double转换字节之后的结果：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ZlaW5pZmk_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

字面值和类型转换，他们确实有些关系，但是他们的取值范围却相差很大。

long       -> 2^63-1     =  9223372036854775807 (19位)            最大值

double   ->2^1024-1  =  1.7976931348623157E308(309位)      最大值

有意思的是，double最大值只能通过Double.MAX\_VALUE表示，我想着你既然是2^1024-1，那肯定也可以通过其他的数学表达式表示出来，结果Math.power(2,1024)-1直接显示Infinity。

那就按照推导的方式：2^1024-1 = 2^1023^2 -1 = 2^1023+2^1023-1还是不行，看来要利用2^1023+2^1022+2^1021+2^1020+...-1的方式了。

我最后用试的办法终于试出来了：

double m = 0;
    for(int i = 971;i<1024;i++) {
        m+=Math.pow(2, i);
    }

令我比较惊讶的是，字面上的结果已经就是 1.7976931348623157E308 了，我以为是个近似值，结果和Double.MAX\_VALUE一比较，嗨，竟然相等：

package com.xxx.huali.hualitest;
    
    public class LongValueTest {
    	public static void main(String[] args) {
    		long l = Long.MAX_VALUE;
    		long l2 = l-1;
    		System.out.println("max(long):"+l);
    		System.out.println(l==l2);
    		double d = Double.MAX_VALUE;
    		double e = d-1;
    		System.out.println("max(double):"+d);
    		System.out.println(d==e);
    		System.out.println(Double.MAX_EXPONENT);
    		double m = 0;
    		for(int i = 971;i<1024;i++) {
    			m+=Math.pow(2, i);
    		}
    		System.out.println("max(double):"+m);
    		System.out.println(m==Double.MAX_VALUE);
    	}
    }

打印结果：

max(long):9223372036854775807
    false
    max(double):1.7976931348623157E308
    true
    1023
    max(double):1.7976931348623157E308
    true

有些意外，理论上2^1024-1 肯定不会只是 2^971+2^972+...+2^1023，计算机里的事情，谁说的清呢。

另一个有意思的事情是：long类型的整数，最大值-1 != 最大值  ，这个好理解，但是double类型 最大值-1 == 最大值，这个好奇葩啊。

[2021032318023728.png]: /images/20221022/6353b3c983574e488a8fcec0048610fb.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ZlaW5pZmk_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221022/bff21728689e42adb2089d0d20c9feda.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ZlaW5pZmk_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20221022/7a8c715d046c4a999af8033dc1ee9250.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ZlaW5pZmk_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20221022/cca2c4dc6d21458c94a73a5597721c23.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ZlaW5pZmk_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20221022/ca7d861b897f473baf03da51c163a33b.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ZlaW5pZmk_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20221022/65e5c816d5d144d2b168a3774f734b7b.png