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用java實現浮點數的精確計算

編輯：關於JAVA

問題的提出：

如果我們編譯運行下面這個程序會看到什麼？

public class Test{
    public static void main(String args[]){
        System.out.println(0.05+0.01);
        System.out.println(1.0-0.42);
        System.out.println(4.015*100);
        System.out.println(123.3/100);
    }
};

你沒有看錯！結果確實是

0.060000000000000005

0.5800000000000001

401.49999999999994

1.2329999999999999

Java中的簡單浮點數類型float和double不能夠進行運算。不光是Java，在其它很多編程語言中也有這樣的問題。在大多數情況下，計算的結果是准確的，但是多試幾次（可以做一個循環）就可以試出類似上面的錯誤。現在終於理解為什麼要有BCD碼了。

這個問題相當嚴重，如果你有9.999999999999元，你的計算機是不會認為你可以購買10元的商品的。

在有的編程語言中提供了專門的貨幣類型來處理這種情況，但是Java沒有。現在讓我們看看如何解決這個問題。

四捨五入

我們的第一個反應是做四捨五入。Math類中的round方法不能設置保留幾位小數，我們只能象這樣（保留兩位）：

public double round(double value){
    return Math.round(value*100)/100.0;
}

非常不幸，上面的代碼並不能正常工作，給這個方法傳入4.015它將返回4.01而不是4.02，如我們在上面看到的

4.015*100=401.49999999999994

因此如果我們要做到精確的四捨五入，不能利用簡單類型做任何運算

java.text.DecimalFormat也不能解決這個問題：

System.out.println(newjava.text.DecimalFormat("0.00").format(4.025));

輸出是4.02

BigDecimal

在《EffectiveJava》這本書中也提到這個原則，float和double只能用來做科學計算或者是工程計算，在商業計算中我們要用java.math.BigDecimal。BigDecimal一共有4個夠造方法，我們不關心用BigInteger來夠造的那兩個，那麼還有兩個，它們是：

BigDecimal(doubleval)

TranslatesadoubleintoaBigDecimal.

BigDecimal(Stringval)

TranslatestheStringrepresentationofaBigDecimalintoaBigDecimal.

上面的API簡要描述相當的明確，而且通常情況下，上面的那一個使用起來要方便一些。

我們可能想都不想就用上了，會有什麼問題呢？等到出了問題的時候，才發現上面哪個夠造方法的詳細說明中有這麼一段：

Note:theresultsofthisconstructorcanbesomewhatunpredictable.Onemight

assumethatnewBigDecimal(.1)isexactlyequalto.1,butitisactually

equalto.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625.Thisisso

because.1cannotberepresentedexactlyasadouble(or,forthatmatter,as

abinaryfractionofanyfinitelength).Thus,thelongvaluethatisbeing

passedintotheconstructorisnotexactlyequalto.1,appearances

nonwithstanding.

The(String)constructor,ontheotherhand,isperfectlypredictable:new

BigDecimal(".1")isexactlyequalto.1,asonewouldexpect.Therefore,itis

generallyrecommendedthatthe(String)constructorbeusedinpreferenceto

thisone.

原來我們如果需要精確計算，非要用String來夠造BigDecimal不可！在《EffectiveJava》一書中的例子是用String來夠造BigDecimal的，但是書上卻沒有強調這一點，這也許是一個小小的失誤吧。

解決方案

現在我們已經可以解決這個問題了，原則是使用BigDecimal並且一定要用String來夠造。

但是想像一下吧，如果我們要做一個加法運算，需要先將兩個浮點數轉為String，然後夠造成BigDecimal，在其中一個上調用add方法，傳入另一個作為參數，然後把運算的結果（BigDecimal）再轉換為浮點數。你能夠忍受這麼煩瑣的過程嗎？下面我們提供一個工具

類Arith來簡化操作。它提供以下靜態方法，包括加減乘除和四捨五入：

public static double add(double v1,double v2)
public static double sub(double v1,double v2)
public static double mul(double v1,double v2)
public static double div(double v1,double v2)
public static double div(double v1,double v2,int scale)
public static double round(double v,int scale)

附錄

源文件Arith.java：

import java.math.BigDecimal;
/**
 * 由於Java的簡單類型不能夠精確的對浮點數進行運算，這個工具類提供精
 * 確的浮點數運算，包括加減乘除和四捨五入。
 */
public class Arith{
    //默認除法運算精度
    private static final int DEF_DIV_SCALE = 10;
    //這個類不能實例化
    private Arith(){
    }
    /**
     * 提供精確的加法運算。
     * @param v1 被加數
     * @param v2 加數
     * @return 兩個參數的和
     */
    public static double add(double v1,double v2){
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(v1));
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(v2));
        return b1.add(b2).doubleValue();
    }
    /**
     * 提供精確的減法運算。
     * @param v1 被減數
     * @param v2 減數
     * @return 兩個參數的差
     */
    public static double sub(double v1,double v2){
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(v1));
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(v2));
        return b1.subtract(b2).doubleValue();
    }
    /**
     * 提供精確的乘法運算。
     * @param v1 被乘數
     * @param v2 乘數
     * @return 兩個參數的積
     */
    public static double mul(double v1,double v2){
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(v1));
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(v2));
        return b1.multiply(b2).doubleValue();
    }
    /**
     * 提供（相對）精確的除法運算，當發生除不盡的情況時，精確到
     * 小數點以後10位，以後的數字四捨五入。
     * @param v1 被除數
     * @param v2 除數
     * @return 兩個參數的商
     */
    public static double div(double v1,double v2){
        return div(v1,v2,DEF_DIV_SCALE);
    }
    /**
     * 提供（相對）精確的除法運算。當發生除不盡的情況時，由scale參數指
     * 定精度，以後的數字四捨五入。
     * @param v1 被除數
     * @param v2 除數
     * @param scale 表示表示需要精確到小數點以後幾位。
     * @return 兩個參數的商
     */
    public static double div(double v1,double v2,int scale){
        if(scale<0){
            throw new IllegalArgumentException(
                "The scale must be a positive integer or zero");
        }
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(v1));
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(v2));
        return b1.divide(b2,scale,BigDecimal.ROUND_HALF_UP).doubleValue();
    }
    /**
     * 提供精確的小數位四捨五入處理。
     * @param v 需要四捨五入的數字
     * @param scale 小數點後保留幾位
     * @return 四捨五入後的結果
     */
    public static double round(double v,int scale){
        if(scale<0){
            throw new IllegalArgumentException(
                "The scale must be a positive integer or zero");
        }
        BigDecimal b = new BigDecimal(Double.toString(v));
        BigDecimal one = new BigDecimal("1");
        return b.divide(one,scale,BigDecimal.ROUND_HALF_UP).doubleValue();
    }
};