BigDecimal 使用詳解

1. 引言

借用《Effactive Java》這本書中的話，float 和 double 類型的主要設計目標是爲了科學計算和工程計算。他們執行二進制浮點運算，這是爲了在廣域數值範圍上提供較爲精確的快速近似計算而精心設計的。然而，它們沒有提供徹底精確的結果，因此不該該被用於要求精確結果的場合。可是，商業計算每每要求結果精確，這時候 BigDecimal 就派上大用場啦。

2. BigDecimal簡介

BigDecimal 由任意精度的整數非標度值 和32 位的整數標度 (scale) 組成。若是爲零或正數，則標度是小數點後的位數。若是爲負數，則將該數的非標度值乘以 10 的負 scale 次冪。所以，BigDecimal 表示的數值是(unscaledValue × 10-scale)。

3. 測試代碼

3.1 構造函數（主要測試參數類型爲 double 和 String 的兩個經常使用構造函數）

BigDecimal aDouble = new BigDecimal(1.22);
system.out.println("construct with a double value: " + aDouble);
BigDecimal aString = new BigDecimal("1.22");
// construct with a String value: 1.22

JDK的描述：

1. 參數類型爲 double 的構造方法的結果有必定的不可預知性。有人可能認爲在 Java 中寫入 newBigDecimal(0.1) 所建立的 BigDecimal 正好等於 0.1（非標度值1，其標度爲1），可是它實際上等於0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625。這是由於 0.1 沒法準確地表示爲 double（或者說對於該狀況，不能表示爲任何有限長度的二進制小數）。這樣，傳入到構造方法的值不會正好等於 0.1（雖然表面上等於該值）。

2. 另外一方面，String 構造方法是徹底可預知的：寫入 newBigDecimal("0.1") 將建立一個 BigDecimal，它正好等於預期的 0.1。所以，比較而言，一般建議優先使用 String 構造方法。

3. 當 double 必須用做 BigDecimal 的源時，請注意，此構造方法提供了一個準確轉換；它不提供與如下操做相同的結果：先使用 Double.toString(double) 方法，而後使用 BigDecimal(String) 構造方法，將double轉換爲 String。要獲取該結果，請使用static valueOf(double)方法。

3.2 BigDecimal加減乘除運算

BigDecimal a =new BigDecimal("1.22");
System.out.println("construct with a String value: " + a);
BigDecimal b =new BigDecimal("2.22");
a.add(b);
System.out.println("aplus b is : " + a);

咱們很容易會認爲會輸出：

construct with a Stringvalue: 1.22
aplus b is :3.44

但實際上 aplus b is : 1.22

注：正確寫法應該是： a = a.add(b);

public BigDecimal add(BigDecimal value);                        //加法

public BigDecimal subtract(BigDecimal value);                   //減法 

public BigDecimal multiply(BigDecimal value);                   //乘法

public BigDecimal divide(BigDecimal value);                     //除法

關於除法運算divide

在除法計算的時候，會出現除不盡的狀況，好比10/3，此時會報錯：Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: Non-terminating decimal expansion; no exact representable decimal result.。

其實，divide方法有能夠傳三個參數：

public BigDecimal divide(BigDecimal divisor, int scale, int roundingMode)

• divisor：除數
• scale：小數點後保留的位數
• roundingMode：舍入模式，只有在做除法運算或四捨五入時纔用到舍入模式。具體有如下模式

ROUND_CEILING    //向正無窮方向舍入

ROUND_DOWN    //向零方向舍入

ROUND_FLOOR    //向負無窮方向舍入

ROUND_HALF_DOWN    //向（距離）最近的一邊舍入，除非兩邊（的距離）是相等,若是是這樣，向下舍入, 例如1.55 保留一位小數結果爲1.5

ROUND_HALF_EVEN    //向（距離）最近的一邊舍入，除非兩邊（的距離）是相等,若是是這樣，若是保留位數是奇數，使用ROUND_HALF_UP，若是是偶數，使用ROUND_HALF_DOWN

ROUND_HALF_UP    //向（距離）最近的一邊舍入，除非兩邊（的距離）是相等,若是是這樣，向上舍入, 1.55保留一位小數結果爲1.6

ROUND_UNNECESSARY    //計算結果是精確的，不須要舍入模式

ROUND_UP    //向遠離0的方向舍入

四捨五入採用 ROUND_HALF_UP

須要對BigDecimal進行截斷和四捨五入可用setScale方法，例：

public static void main(String[] args)
{
    BigDecimal a = new BigDecimal("4.5635");

    a = a.setScale(3, RoundingMode.HALF_UP);    //保留3位小數，且四捨五入
    System.out.println(a);
}

4.源碼分析

4.1 valueOf(doubleval)方法

public static BigDecimal valueOf(double val) {
   // Reminder: a zero double returns '0.0', so we cannotfastpath
   // to use the constant ZERO. This might be important enough to
   // justify a factory approach, a cache, or a few private
   // constants, later.
   return new BigDecimal(Double.toString(val));//見3.1關於JDK描述的第三點
}

4.2 add(BigDecimal augend)方法

public BigDecimal add(BigDecimal augend) {
  long xs = this.intCompact; //整型數字表示的BigDecimal,例a的intCompact值爲122
  long ys = augend.intCompact;//同上
  //初始化BigInteger的值，intVal爲BigDecimal的一個BigInteger類型的屬性
  BigInteger fst = (this.intCompact !=INFLATED) ?null :this.intVal;
  BigInteger snd =(augend.intCompact !=INFLATED) ?null : augend.intVal;
  int rscale =this.scale;//小數位數

  long sdiff = (long)rscale - augend.scale;//小數位數之差
  if (sdiff != 0) {//取小數位數多的爲結果的小數位數
      if (sdiff < 0) {
         int raise =checkScale(-sdiff);
         rscale =augend.scale;
         if (xs ==INFLATED ||
             (xs = longMultiplyPowerTen(xs,raise)) ==INFLATED)
             fst =bigMultiplyPowerTen(raise);
        }else {
           int raise =augend.checkScale(sdiff);
           if (ys ==INFLATED ||(ys =longMultiplyPowerTen(ys,raise)) ==INFLATED)
               snd = augend.bigMultiplyPowerTen(raise);
       }
  }
  if (xs !=INFLATED && ys !=INFLATED) {
      long sum = xs + ys;
      if ( (((sum ^ xs) &(sum ^ ys))) >= 0L)//判斷有無溢出
         return BigDecimal.valueOf(sum,rscale);//返回使用BigDecimal的靜態工廠方法獲得的BigDecimal實例
   }
   if (fst ==null)
       fst =BigInteger.valueOf(xs);//BigInteger的靜態工廠方法
   if (snd ==null)
       snd =BigInteger.valueOf(ys);
   BigInteger sum =fst.add(snd);
   return (fst.signum == snd.signum) ?new BigDecimal(sum,INFLATED, rscale, 0) :
      new BigDecimal(sum,compactValFor(sum),rscale, 0);//返回經過其餘構造方法獲得的BigDecimal對象
}

以上只是對加法源碼的分析，減乘除其實最終都返回的是一個新的BigDecimal對象，由於BigInteger與BigDecimal都是不可變的（immutable）的，在進行每一步運算時，都會產生一個新的對象，因此a.add(b);雖然作了加法操做，可是a並無保存加操做後的值，正確的用法應該是a = a.add(b);

5.總結

(1)商業計算使用BigDecimal。

(2)儘可能使用參數類型爲String的構造函數。new BigDecimal("String str")

(3) BigDecimal都是不可變的（immutable）的，在進行每一步運算時，都會產生一個新的對象，因此在作加減乘除運算時千萬要保存操做後的值。

(4)咱們每每容易忽略JDK底層的一些實現細節，致使出現錯誤，須要多加註意。