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Java工具类数学相关的类

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Java 工具类——数学相关的类

在上一篇文章中，我们系统学习了 Java 里面的包装类，那么这篇文章，我们就来学习一下 Java 提供好的类——数学相关的类。

一、数学类介绍

在最早期学习 Java 基础语法结构的时候，其实我们学习并了解了加减乘除这些算数运算符，有了这些运算符，我们就可以做一些简单的运算了，但是当我们需要做一些比较复杂的运算的时候，其实用这些运算符是很难去处理的（比如获取随机数等等）。其实数学类对于我们并不陌生，在学习 Java 基础的时候，你一定用过 Math 类的，这个其实就是我们最早期接触的一个数学类了，其实与数学相关的类还有 BigInteger 类、BigDecimal 类等等，下面这个表格将这三个类做了一个小的梳理总结：

数学类 所属包 继承关系
Math 类 java.lang 包，不需要导包 默认继承 Object 基类
BigInteger 类 java.math 包，需要导包 继承自 Number 类，实现了 Serializable, Comparable 接口
BigDecimal 类 java.math 包，需要导包 继承自 Number 类，实现了 Serializable, Comparable 接口

下面我们就对这三种类做一个详细的学习。

二、Math 类

其实看源码我们看到，Math 这个类是 final 修饰的，意思就是不能让子类去继承的，只能使用这个类。

public final class Math {}

下面，我们来详细了解一下 Math 类

1、Math 类构造方法

通过看源码，我们可以得知 Math 这个类的构造方法是私有的，也就是我们是不能创建对象的，为什么会这样设计呢，其实是因为 Math 类里面的属性和方法都是静态的（static 修饰）。

/**
 * Don't let anyone instantiate this class.
 */
private Math() {}

2、Math 类常用的方法

  • abs（）方法 返回给定数的绝对值，方法提供了 4 个不同参数类型重载方法（int, long, float, double）
int abs1 = Math.abs(-1);
long abs2 = Math.abs(-3l);
float abs3 = Math.abs(-1.2f);
double abs4 = Math.abs(-3.923);
System.out.println(abs1);
System.out.println(abs2);
System.out.println(abs3);
System.out.println(abs4);
  • ceil（）方法 返回大于或等于参数且等于一个数学整数的最小的双精度值，可以理解为向上取整。
System.out.println(Math.ceil(-1.3));//-1.0
System.out.println(Math.ceil(1.9));//2.0
System.out.println(Math.ceil(-7.9));//-7.0
System.out.println(Math.ceil(123));//123.0
  • floor（）方法 返回最大的双精度值，该双精度值小于或等于参数，并且等于一个数学整数，可以理解为向下取整。
System.out.println(Math.floor(-1.3));//-2.0
System.out.println(Math.floor(1.9));//1.0
System.out.println(Math.floor(1.3));//1.0
System.out.println(Math.floor(-7.9));//-8.0
System.out.println(Math.floor(123));//123.0
  • round（）方法 返回与参数最接近的整型数，四舍五入为正无穷，其实就是四舍五入的整数。
System.out.println(Math.round(-1.3));//-1
System.out.println(Math.round(1.9));//2
System.out.println(Math.round(1.3));//1
System.out.println(Math.round(-7.9));//-8
System.out.println(Math.round(123));//123
  • max（）方法 返回最大值，该方法提供了 4 个不同参数类型重载方法（int,long,float,double）
System.out.println(Math.max(1, 3));//3
System.out.println(Math.max(-4, -5));//-4
System.out.println(Math.max(1.8, 1.92));//1.92
System.out.println(Math.max(-4f, -4f));//-4.0
  • min（a, b）方法 返回最小值，该方法提供了 4 个不同参数类型重载方法（int, long, float, double）
System.out.println(Math.min(1, 3));//1
System.out.println(Math.min(-4, -5));//-5
System.out.println(Math.min(1.8, 1.92));//1.8
System.out.println(Math.min(-4f, -4f));//-4.0
  • pow（a, b）方法 返回 a 的 b 次方，其中参数和返回值都是 double 类型的
System.out.println(Math.pow(3, 3));//27.0
System.out.println(Math.pow(3.2, 5));//335.5443200000001
  • random（）方法 生成一个 double 类型的随机数，范围是[0.0, 1.0)，注意是左闭右开。
System.out.println(Math.random());//0.4128879706448445
System.out.println(Math.random());//0.9024029619163387
System.out.println(Math.random());//0.4265563513755902

三、BigInteger 类

我们都知道，在基本数据类型里面，long 型的取值范围是最大的，也就是 8 个字节，取值范围是 - 2 的 63 次方到正的 2 的 63 次方减去 1，当然，这个取值范围很大很大，在平时的开发中，我们其中只用到 int 类型的都基本够了，但是当我们存储的数据的长度超过了 long 型的长度时，我们该怎么存储呢？这时候，BigInteger 类就可以解决我们的问题。

BigInteger 顾名思义，其实就是叫大整数，也就是说只能存储整型的数，我们通过构造方法和常用方法来了解 BigInteger 类。

1、构造方法

BigInteger 类有 8 个构造方法，其中有 2 个私有构造方法。8 个构造方法分别是：

private BigInteger(int[] val){}
private BigInteger(int signum, int[] magnitude){}
public BigInteger(byte[] val){}
public BigInteger(String val){}
public BigInteger(String val, int radix) {}
public BigInteger(int signum, byte[] magnitude){}
public BigInteger(int numBits, Random rnd){}
public BigInteger(int bitLength, int certainty, Random rnd){}

2、类中常用的方法

当我们想用这个类做四则运算的时候，是不是也可以直接加减乘除呢，比如下面这张图：

通过上面这张图，BigInteger 类直接做四则运算显然是不可以的，因为上面两个数是引用类型，而运算符只能对基本数据类型做运算。那么我们怎么做相应的四则运算呢？其实 BigInteger 类里面其实已经帮我们实现对应的方法，我们直接用实例化的的对象调用它就行了。比如下方的代码进行加减乘除：

 private static void test6() {BigInteger num1 = new BigInteger("1111");
    BigInteger num2 = new BigInteger("2222");
    // 加法
    BigInteger add = num1.add(num2);
    // 减法
    BigInteger subtract = num2.subtract(num1);
    // 乘法
    final BigInteger multiply = num1.multiply(num2);
    // 除法（取整）BigInteger divide = num2.divide(num1);
    // 除法（取余）BigInteger mod = num2.mod(num1);
    System.out.println(add);//3333
    System.out.println(subtract);//1111
    System.out.println(multiply);//2468642
    System.out.println(divide);//2
    System.out.println(mod);//0
  }

四、BigDecimal 类

与 BigInteger 类对应的是 BigDecimal 类，BigInteger 是处理整数的，而 BigDecimal 是处理小数的，Decimal 英文单词就是小数的意思，所以 BigDecimal 顾名思义就是大小数，处理大的小数的。如果一个小数超过了 double 类型的取值范围，就需要用到 BigDecimal。

1、构造方法

BigDecimal 类的构造方法有很多，最常用的是以下四个：

public BigDecimal(double val) {
public BigDecimal(int val) {}
public BigDecimal(String val) {}
public BigDecimal(long val) {}

2、类中常用的方法

和 BigInteger 类一样，BigDecimal 也是不可以直接进行加减乘除的，加减乘除的方式和 BigInteger 处理方式一样，比如下面的代码对 BigDecimal 进行四则运算：

private static void test7() {BigDecimal num1 = new BigDecimal("1.23");
  BigDecimal num2 = new BigDecimal("2.46");
  // 加法
  BigDecimal add = num1.add(num2);
  // 减法
  BigDecimal subtract = num2.subtract(num1);
  // 乘法
  final BigDecimal multiply = num1.multiply(num2);
  // 除法（取整）BigDecimal divide = num2.divide(num1);

  System.out.println(add);//3.69
  System.out.println(subtract);//1.23
  System.out.println(multiply);//3.0258
  System.out.println(divide);//2
}

由于小数和整数不一样，小数经常涉及到精度的问题，所以 BigDecimal 里面也提供了方法来设置小数的精度，设置精度的方法有三个重载的方法：

public BigDecimal setScale(int newScale)
public BigDecimal setScale(int newScale, int roundingMode)
public BigDecimal setScale(int newScale, RoundingMode roundingMode)

这三个方法的第一个参数是设置保留小数点之后的位数，第二个参数是设置的模式（比如向上取整还是向下取整等等），设置四舍五入的模式有 8 种：


    public final static int ROUND_UP =           0;
    
    public final static int ROUND_DOWN =         1;
    
    public final static int ROUND_CEILING =      2;
    
     public final static int ROUND_FLOOR =        3;
 
    public final static int ROUND_HALF_UP =      4;
   
    public final static int ROUND_HALF_DOWN =    5;
  
    public final static int ROUND_HALF_EVEN =    6;
    
    public final static int ROUND_UNNECESSARY =  7;

下面我们就来对这其中 4 种模式的用法做一个详细的分析

  • ROUND_UP 模式

UP 的意思就是向上的意思，可以理解为加的意思。比如我保留了三位小数，那么我不管你后面的小数值如何（除了 0），我都给你加一，就相当于四舍五入的五入。比如下面这个代码，我保留 3 为小数，模式设置为 ROUND_UP 模式，那么如果最后一位是 0，那么结果就是 9.461，否则就是 9.462

BigDecimal bigDecimal = new BigDecimal("9.4610");
BigDecimal result = bigDecimal.setScale(3, BigDecimal.ROUND_UP);
  • ROUND_DOWN 模式

是一个舍位取值的概念，比如我保留了三位小数，那么我不管你后面的小数值如何，也不会四舍五入，就硬生生的的截断，相当于什么呢，就是我从小数点后面开始取三位，三位后面的都不要了。比如下面这个代码，我保留 3 为小数，模式设置为 ROUND_DOWN 模式，那么最后一位不管是什么（从 0 到 9），最后的结果都是 9.461

BigDecimal bigDecimal = new BigDecimal("9.4611");
BigDecimal result = bigDecimal.setScale(3, BigDecimal.ROUND_DOWN);
  • ROUND_CEILING 模式

这个模式就是给定的数如果为正数，行为和 ROUND_UP 一样，如果为负数，行为和 ROUND_DOWN 一样。

  • ROUND_FLOOR 模式

这个模式就是给定的数如果为正数，行为和 ROUND_DOWN 一样，如果为负数，行为和 ROUND_UP 一样

五、小结

以上就是我对数学相关类的总结以及个人的理解，如果有任何不清楚的，可以去看官方文档（API 官方文档地址：https://docs.oracle.com/javas…），其实，很多人都很排斥看源码和阅读官网文档，原因就是源码和阅读官网文档都是全英文的，解读起来很费时间；其实这是一种不好的学习方式，源码和阅读官网文档是最官方权威的第一手资料，也是最正确的，如果我们去网上看其他的相关解读，这也只能是他人的解读，而其他人的解读就代表了他对源码和阅读官网文档的个人理解，而这个理解是可能会有出入的，也就是可能会误导我们，所以我们一定要养成习惯去阅读源码和阅读官网文档，可能刚开始的确很慢，但是慢慢的就你的阅读速度和效率就会提高的。

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