Java BigDecimal - 使用 BigDecimal 在 Java 中进行高精度计算

Java BigDecimal 教程展示了如何使用 BigDecimal 在 Java 中执行高精度计算。

什么是BigDecimal

BigDecimal 表示一个不可变的、任意精度的带符号十进制数。用于高精度运算。 BigDecimal 提供算术运算、缩放操作、舍入、比较、散列和格式转换操作。

BigDecimal 由两部分组成：

• 未缩放的值——任意精度整数
• scale——一个 32 位整数，表示小数点右边的位数

例如，BigDecimal 2.18 的未缩放值为 218，小数位数为 2。

BigDecimal用于需要高精度的地方；例如，财务或货币计算。 BigDecimal 值的算术运算是通过 add 或 subtract 等方法完成的； +、-、*、\ 运算符没有超载。

Java BigDecimal 基本算术运算

以下示例显示了使用 BigDecimal 的基本算术运算。

package com.cundage;

import java.math.BigDecimal;
import java.math.RoundingMode;

public class BigDecimalEx {

    public static void main(String[] args) {

        var val1 = new BigDecimal("3.44");
        var val2 = new BigDecimal("2.74");

        BigDecimal res1 = val1.add(val2);
        System.out.println(res1);

        BigDecimal res2 = val1.subtract(val2);
        System.out.println(res2);

        BigDecimal res3 = val1.multiply(val2);
        System.out.println(res3);

        BigDecimal res4 = val1.divide(BigDecimal.TEN, RoundingMode.DOWN);
        System.out.println(res4);

        BigDecimal res5 = val1.divide(val2, 15, RoundingMode.HALF_UP);
        System.out.println(res5);
    }
}

在示例中，我们有加法、减法、乘法和除法运算。

var val1 = new BigDecimal("3.44");
var val2 = new BigDecimal("2.74");

我们创建两个 BigDecimal 值。数字作为字符串传递。

BigDecimal res1 = val1.add(val2);
System.out.println(res1);

这里我们添加两个 BigDecimal 数字。添加操作是使用 add 方法执行的。

BigDecimal res4 = val1.divide(BigDecimal.TEN, RoundingMode.DOWN);
System.out.println(res4);

在做除法运算时，我们还需要指定舍入方式。

$ java BigDecimalEx.java
6.18
0.70
9.4256
0.34
1.255474452554745

Java BigDecimal 精度

BigDecimal 用于高精度运算。

package com.cundage;

import java.math.BigDecimal;

public class BigDecimalEx2 {

    public static void main(String[] args) {

        double a = 0.1 + 0.1 + 0.1;
        double b = 0.3;

        System.out.println(a);
        System.out.println(b);
        System.out.println(a == b);

        var c = new BigDecimal("0.1").add(new BigDecimal("0.1"))
                .add(new BigDecimal("0.1"));
        var d = new BigDecimal("0.3");

        System.out.println(c);
        System.out.println(d);
        System.out.println(c.equals(d));
    }
}

在示例中，我们将 double 类型的精度与 BigDecimal 的精度进行比较。我们添加三个浮点值并将其与预期输出进行比较。

$ java BigDecimalEx2.java
0.30000000000000004
0.3
false
0.3
0.3
true

double 有一点误差；因此，操作不精确。 BigDecimal 给出了预期的输出。

Java BigDecimal 舍入模式

BigDecimal 类让用户可以完全控制舍入行为。如果没有指定舍入方式，无法表示准确的结果，则抛出异常。

package com.cundage;

import java.math.BigDecimal;
import java.math.RoundingMode;

public class BigDecimalEx3 {

    public static void main(String[] args) {

        var x = new BigDecimal("5.54");
        BigDecimal x2 = x.setScale(1, RoundingMode.FLOOR);
        System.out.println(x2);

        var y = new BigDecimal("5.94");
        BigDecimal y2 = y.setScale(1, RoundingMode.CEILING);
        System.out.println(y2);
    }
}

在示例中，我们以两种不同的舍入模式对两个值进行舍入。

var x = new BigDecimal("5.54");
BigDecimal x2 = x.setScale(1, RoundingMode.FLOOR);

通过 setScale 方法，我们提供了比例和舍入模式。在我们的例子中，我们使用舍入模式 RoundingMode.FLOOR 将值舍入到小数点后一位，舍入到负无穷大。

$ java BigDecimalEx3.java
5.5
6.0

Java BigDecimal 比较

使用 compareTo 方法，两个值相等但比例不同（如 4.0 和 4.00）的 BigDecimal 对象被视为相等这个方法。

package com.cundage;

import java.math.BigDecimal;

public class BigDecimalEx4 {

    public static void main(String[] args) {

        var x = new BigDecimal("1.6");
        var y = new BigDecimal("1.60");

        System.out.println(x.equals(y));
        System.out.println(x.compareTo(y));

    }
}

该示例将值 1.6 和 1.60 与 equals 和 compareTo 进行比较。

$ java BigDecimalEx4.java
false
0

compareTo 为相等的值返回 0。

Java BigDecimal 实例

以下示例按类别对产品进行分组，并计算类别中所有产品的总价。

package com.cundage;

import java.math.BigDecimal;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.stream.Collectors;

public class BigDecimalEx5 {

    record Product(String name, String category, BigDecimal price) {}

    public static void main(String[] args) {

        Map<String, Map<BigDecimal, List<Product>>> productsByCategories =
                products().stream().collect(
                        Collectors.groupingBy(Product::category,
                                Collectors.groupingBy(Product::price)));

        productsByCategories.forEach((k, v) -> {

            System.out.printf("%s: ", k);

            var sum = new BigDecimal("0");

            var prices = v.keySet();
            for (var price: prices) {

                sum = sum.add(price);
            }

            System.out.println(sum);
        });
    }

    private static List<Product> products() {

        return List.of(
            new Product("apple", "fruit", new BigDecimal("4.50")),
            new Product("banana", "fruit", new BigDecimal("3.76")),
            new Product("carrot", "vegetables", new BigDecimal("2.98")),
            new Product("potato", "vegetables", new BigDecimal("0.92")),
            new Product("garlic", "vegetables", new BigDecimal("1.32")),
            new Product("ginger", "vegetables", new BigDecimal("2.45")),
            new Product("white bread", "bakery", new BigDecimal("1.50")),
            new Product("roll", "bakery", new BigDecimal("0.08")),
            new Product("bagel", "bakery", new BigDecimal("0.15"))
        );
    }
}

我们有三类各种杂货：水果、蔬菜和面包店。我们的目标是按类别对产品进行分组，并计算各个类别中所有价格的总和。

Map<String, Map<BigDecimal, List<Product>>> productsByCategories =
products().stream().collect(
        Collectors.groupingBy(Product::category,
                Collectors.groupingBy(Product::price)));

使用 Java 流，我们按类别和价格对产品进行分组。

productsByCategories.forEach((k, v) -> {

    System.out.printf("%s: ", k);

    var sum = new BigDecimal("0");

    var prices = v.keySet();
    for (var price: prices) {

        sum = sum.add(price);
    }

    System.out.println(sum);
});

在 forEach 循环中，我们计算每个类别的所有价格的总和。

$ java BigDecimalEx5.java
bakery: 1.73
fruit: 8.26
vegetables: 7.67

在本文中，我们展示了如何使用 BigDecimal 在 Java 中进行高精度算术运算。

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