Java中如何保證浮點數計算精度

来源:https://www.cnblogs.com/zhoutian1532/archive/2022/10/17/16799900.html
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如何保證浮點數計算精度

在銀行和商城等項目中,對於價格或金額的計算必須要保證計算的準確,但是如果直接使用floatdouble等進行計算,會導致精度的損失。

如下例所示:

float f1 = 2.34f;
float f2 = 1.50f;

System.out.println(f1 * f2); //結果為:3.5099998  誤差-0.0000002

float f3 = 2.88f;
float f4 = 0.9f;
System.out.println(f3 / f4); //結果為:3.2000003 誤差+0.0000003


System.out.println(f3 - f4); //結果為:1.9800001 誤差+0.0000001
System.out.println(f3 + f4); //結果為:3.7800002 誤差+0.0000002

很明顯,float類型數據乘法確實會導致精度異常,所以在高精度要求的業務中,無論加減乘除,應該儘量避免或者不使用float類型進行計算,特別是和錢相關的

那麼使用double呢?

上代碼:

		double d1 = 2.34f;
		double d2 = 1.50f;
																	
		System.out.println(d1 * d2); //結果為:3.5099998712539673,實際應為:5.51  誤差-0.000001
		
		double d3 = 2.88f;
		double d4 = 0.9f;
		//  3.5099998712539673
		System.out.println(d3 / d4); //結果為:3.2000002119276316,實際應為:3.2 誤差+0.0000002119276316
		
		
		System.out.println(d3 - d4); //結果為:1.9800001382827759 誤差+0.0000001382827759
		System.out.println(d3 + d4); //結果為:3.78000009059906 誤差+0.00000009059906

可以看到,更高精度的double和float一樣,也會存在精度丟失的問題。

那麼在java語言中最適合高精度計算的類型是什麼呢?經過筆者開發中所接觸到的,java.math包下的BigDecimal是首選,可以處理任意精度的加減乘除四則運算。

BigDecimal

java中提供了大數字(超過16位有效位)的操作類,即:

java.math.BigInteger:針對大整數的處理類。

java.math.BigDecimal:針對大小數的操作類。

BigDecimal類創建的是對象,所以不能使用傳統的+、-、*、/運算符進行數學運算,而必須調用對應的方法,方法的參數也必須是BigDecimal類型

構造BigDecimal對象常用方法:

  • BigDecimal BigDecimal(double d); //不允許使用
    

    因為它不能精確得到響應的值,值會變大

  • BigDecimal BigDecimal(String s); //常用,推薦使用。
    

    因為s的是完全可預知的,寫入new BigDecimal("1.23")將創建一個正好等於1.23的BigDecimal對象,因此建議優先使用

  • static BigDecimal valueOf(double d); //常用,推薦使用。

    此方法的內部實現是將double類型轉換為String類型,因此這也是double或者float類型轉BigDecimal的優先選擇方法之一。

源碼如下:

  public static BigDecimal valueOf(double val) {
          // Reminder: a zero double returns '0.0', so we cannot fastpath
          // 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));
  }

float轉BigDecimal運算

float f1 = 4.5f;
float f2 = 2.3f;


BigDecimal decimal1 = new BigDecimal(f1);
BigDecimal decimal2 = new BigDecimal(f2);
System.out.println(decimal1.add(decimal2));
System.out.println(decimal1.subtract(decimal2));
System.out.println(decimal1.multiply(decimal2));
System.out.println(decimal1.divide(decimal2,BigDecimal.ROUND_CEILING));
6.8
2.2
10.35
1.956521739130435

double轉BigDecimal運算

float f1 = 4.5f;
float f2 = 2.3f;


BigDecimal d1 = new BigDecimal(f1 + "");
BigDecimal d2 = new BigDecimal(f2 + "");
System.out.println(d1.add(d2));
System.out.println(d1.subtract(d2));
System.out.println(d1.multiply(d2));
System.out.println(d1.divide(d2,BigDecimal.ROUND_CEILING));
6.79999999999999982236431605997495353221893310546875
2.20000000000000017763568394002504646778106689453125
10.349999999999999200639422269887290894985198974609375
2.0

由上結果可以看出,float和double雖然經過BigDecimal封裝,但是運算結果同樣存在誤差

float和double轉String後再轉BigDecimal運算

float f1 = 4.5f;
float f2 = 2.3f;

BigDecimal d1 = new BigDecimal(String.valueOf(f1));
BigDecimal d2 = new BigDecimal(f2 + "");
System.out.println(d1.add(d2));
System.out.println(d1.subtract(d2));
System.out.println(d1.multiply(d2));
System.out.println(d1.divide(d2,BigDecimal.ROUND_CEILING));

結果:

6.8
2.2
10.35
2.0

由此可見,BigDecimal能更好的保證加減乘除運算結果的準確性。

可能會遇到的異常

java.lang.ArithmeticException

當使用除法時,可能會遇到java.lang.ArithmeticException異常,原因是BigDecimal是不可變的任意精度的有符號的十進位數,所以可以做精確運算,但在除法中,準確的商可能是一個無限長的十進位數,例如:

float f3 = 1f;
float f4 = 3f;
BigDecimal d3 = new BigDecimal(String.valueOf(f3));
BigDecimal d4 = new BigDecimal(String.valueOf(f4));
System.out.println(d3.divide(d4));

如果沒有指定舍入模式,並且計算結果無法表示為準確的結果,就會拋出此異常,這個時候只需要指定舍入模式就好,如下:

System.out.println(d3.divide(d4,BigDecimal.ROUND_CEILING));

BigDecimal.ROUND_CEILING

上文中,使用了一個常量,用來表示對結果向正無窮方向進行舍入。

與此類似的常量還有如下:

  • 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,如果是這樣,向下舍入, 例如1.55 保留一位小數結果為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,如果是這樣,如果保留位數是奇數,使用ROUND_HALF_UP ,如果是偶數,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,如果是這樣,向上舍入, 2.55保留一位小數結果為2.6
  • ROUND_UNNECESSARY :計算結果是精確的,不需要舍入模式
  • ROUND_UP :向遠離0的方向舍入

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