Effective Java 第三版——60. 須要精確的結果時避免使用float和double類型

Tips
書中的源代碼地址：https://github.com/jbloch/effective-java-3e-source-code
注意，書中的有些代碼裏方法是基於Java 9 API中的，因此JDK 最好下載 JDK 9以上的版本。

60. 須要精確的結果時避免使用float和double類型

float和double類型主要用於科學和工程計算。 它們執行二進制浮點運算，通過精心設計，可在很寬的範圍內快速提供準確的近似值。 可是，它們不能提供準確的結果，不該在須要確切結果的地方使用。 float和double類型特別不適合進行貨幣計算，由於不可能將0.1(或任何其餘10的負次方)精確地表示爲float或double。

例如，假設你的口袋裏有1.03美圓，花了42美分。 你還剩多少錢？ 如下是試圖回答這個問題的天真的代碼片斷：

System.out.println(1.03 - 0.42);

不幸的是，它輸出了0.6100000000000001。這不是個例。假設你口袋裏有一美圓，你買了9墊圈，每一個10美分。你還剩多少零錢?

System.out.println(1.00 - 9 * 0.10);

根據這個程序片斷，能夠獲得0.0999999999999999998美圓。

你可能認爲，只需在打印以前將結果四捨五入就能夠解決這個問題，但不幸的是，這種方法並不老是有效。例如，假設你口袋裏有一美圓，你看到一個貨架上有一排好吃的糖果，它們的價格僅僅是10美分，20美分，30美分，以此類推，直到1美圓。你每買一顆糖，從10美分的那顆開始，直到你買不起貨架上的下一顆糖。你買了多少糖果，換了多少零錢?這裏有一個簡單的程序設計來解決這個問題:

// Broken - uses floating point for monetary calculation!
public static void main(String[] args) {
    double funds = 1.00;
    int itemsBought = 0;
    for (double price = 0.10; funds >= price; price += 0.10) {
        funds -= price;
        itemsBought++;
    }
    System.out.println(itemsBought + " items bought.");
    System.out.println("Change: $" + funds);
}

若是你運行該程序，會發現你能夠買三塊糖果，剩下0.3999999999999999美圓。 這是錯誤的答案！ 解決此問題的正確方法是使用BigDecimal，int或long進行貨幣計算。

這裏是對上面程序的直接轉換，使用BigDecimal類型代替double。 請注意，使用BigDecimal的String類型的構造方法，而不是其double類型構造方法。 這是必要的，以免在計算中引入不許確的值[Bloch05，Puzzle 2]：

public static void main(String[] args) {
    final BigDecimal TEN_CENTS = new BigDecimal(".10");
    int itemsBought = 0;
    BigDecimal funds = new BigDecimal("1.00");
    for (BigDecimal price = TEN_CENTS;
            funds.compareTo(price) >= 0;
            price = price.add(TEN_CENTS)) {
        funds = funds.subtract(price);
        itemsBought++;
    }
    System.out.println(itemsBought + " items bought.");
    System.out.println("Money left over: $" + funds);
}

若是你運行修改後的程序，你會發現能夠買到四塊糖果，剩下0.00美圓。 這是正確的答案。

可是，使用BigDecimal有兩個缺點：它沒有比使用基本算術類型方便，並且速度要慢得多。 若是你只解決一個簡單的問題，後一種缺點是可有可無的，但前者可能會讓你煩惱。

除了使用BigDecimal之外，還可使用int或long類型，具體取決於所涉及的數量，並本身控制十進制小數點。 在這個例子中，最明顯的方法是用美分而不是美圓來計算。下面是採用這種方法的簡單轉換:

public static void main(String[] args) {
    int itemsBought = 0;
    int funds = 100;
    for (int price = 10; funds >= price; price += 10) {
        funds -= price;
        itemsBought++;
    }

    System.out.println(itemsBought + " items bought.");
    System.out.println("Cash left over: " + funds + " cents");
}

總之，對於任何須要精確答案的計算，不要使用float或double。若是但願系統控制十進制小數點，而且不介意不使用基本類型帶來的不便和成本，請使用BigDecimal。使用BigDecimal的另外一個好處是，它能夠徹底控制舍入，當執行須要舍入的操做時，能夠從八種舍入模式中進行選擇。若是你使用合法的舍入行爲執行業務計算，這將很是方便。若是性能是最重要的，那麼不介意本身控制十進制小數點，並且數量不是太大，可使用int或long。若是數量不超過9位小數，可使用int;若是不超過18位，可使用long。若是數量可能超過18位，則使用BigDecimal。