簡介

java中可以被稱為Number的有byte，short，int，long，float，double和char，我們在使用這些Nubmer的程序中，需要注意些什么內容呢？一起來看看吧，

Number的范圍

每種Number型別都有它的范圍，我們看下java中Number型別的范圍：

考慮到我們最常用的int操作，雖然int的范圍夠大，但是如果我們在做一些int操作的時候還是可能超出int的范圍，

超出了int范圍會發送什么事情呢？看下面的例子：

    public void testIntegerOverflow(){
        System.out.println(Integer.MAX_VALUE+1000);
    }

運行結果：-2147482649，

很明顯Integer.MAX_VALUE+1000將會超出Integer的最大值范圍，但是我們沒有得到例外提醒，反而得到了一個錯誤的結果，

正確的操作是如果我們遇到了Overflow的問題，需要拋出例外：ArithmeticException，

怎么防止這種IntegerOverflow的問題呢？一般來講，我們有下面幾種方式，

• 第一種方式：在做Integer操作之前，進行預判斷是否超出范圍：

舉個例子：

    static final int safeAdd(int left, int right) {
        if (right > 0 ? left > Integer.MAX_VALUE - right
                : left < Integer.MIN_VALUE - right) {
            throw new ArithmeticException("Integer overflow");
        }
        return left + right;
    }

上面的例子中，我們需要進行兩個整數相加操作，在相加之前，我們需要進行范圍的判斷，從而保證計算的安全性，

• 第二種方式：使用Math的addExact和multiplyExact方法：

Math的addExact和multiplyExact方法已經提供了Overflow的判斷，我們看下addExact的實作：

    public static int addExact(int x, int y) {
        int r = x + y;
        // HD 2-12 Overflow iff both arguments have the opposite sign of the result
        if (((x ^ r) & (y ^ r)) < 0) {
            throw new ArithmeticException("integer overflow");
        }
        return r;
    }

看下怎么使用：

    public int addUseMath(int a, int b){
        return Math.addExact(a,b);
    }

• 第三種方式：向上轉型

既然超出了Integer的范圍，那么我們可以用范圍更大的long來存盤資料，

    public static long intRangeCheck(long value) {
        if ((value < Integer.MIN_VALUE) || (value > Integer.MAX_VALUE)) {
            throw new ArithmeticException("Integer overflow");
        }
        return value;
    }

    public int addUseUpcasting(int a, int b){
        return (int)intRangeCheck((long)a+(long)b);
    }

上面的例子中，我們將a+b轉換成了兩個long相加，從而保證不溢位范圍，

然后進行一次范圍比較，從而判斷相加之后的結果是否仍然在整數范圍內，

• 第四種方式：使用BigInteger

我們可以使用BigInteger.valueOf(a)將int轉換成為BigInteger，再進行后續操作：

    public int useBigInteger(int a, int b){
        return BigInteger.valueOf(a).add(BigInteger.valueOf(b)).intValue();
    }

區分位運算和算數運算

我們通常會對Integer進行位運算或者算數運算，雖然可以進行兩種運算，但是最好不要將兩種運算同時進行，這樣會造成混淆，

比如下面的例子：

x += (x << 1) + 1;

上面的例子是想做什么呢？其實它是想將3x+1的值賦給x，

但是這樣寫出來讓人很難理解，所以我們需要避免這樣實作，

再看下面的一個例子：

    public void testBitwiseOperation(){
        int i = -10;
        System.out.println(i>>>2);
        System.out.println(i>>2);
        System.out.println(i/4);
    }

本來我們想做的是將i除以4，結果發現只有最后一個才是我們要的結果，

我們來解釋一下，第一個i>>>2是邏輯右移，將會把最左邊的填充成0,所以得出的結果是一個正值1073741821，

第二個i>>2是算數右移，最左邊的還是會填充成1，但是會向下取整，所以得出結果是-3.

直接使用i/4，我們是向上取整，所以得出結果是-2.

注意不要使用0作為除數

我們在使用變數作為除數的時候，一定要注意先判斷是否為0.

兼容C++的無符號整數型別

在java中只有16位的char表示的是無符號整數，而int實際上表示的是帶符號的整數，

而在C或者C++中是可以直接表示無符號的整數的，那么，如果我們有一個32位的無符號整數，該怎么用java來處理呢？

    public int readIntWrong(DataInputStream is) throws IOException {
        return is.readInt();
    }

看上面的例子，我們從Stream中讀取一個int值，如果是一個32位的無符號整數，那么讀出來int就變成了有符號的負整數，這和我們的期望是相符的，

考慮一下，long是64位的，我們是不是可以使用long來表示32位的無符號整數呢？

    public long readIntRight(DataInputStream is) throws IOException{
        return is.readInt() & 0xFFFFFFFFL; // Mask with 32 one-bits
    }

看上面的例子，我們回傳的是long，如果將32位的int轉換成為64位的long，會自動根據符號位進行補全，

所以這時候我們需要和0xFFFFFFFFL進行mask操作，將高32位重置為0.

NAN和INFINITY

在整型運算中，除數是不能為0的，否則直接運行例外，但是在浮點數運算中，引入了NAN和INFINITY的概念，我們來看一下Double和Float中的定義，

public static final double POSITIVE_INFINITY = 1.0 / 0.0;
public static final double NEGATIVE_INFINITY = -1.0 / 0.0;
public static final double NaN = 0.0d / 0.0;

public static final float POSITIVE_INFINITY = 1.0f / 0.0f;
public static final float NEGATIVE_INFINITY = -1.0f / 0.0f;
public static final float NaN = 0.0f / 0.0f;

1除以0就是INFINITY，而0除以0就是NaN，

接下來，我們看一下NAN和INFINITY的比較：

public void compareInfinity(){
    System.out.println(Double.POSITIVE_INFINITY == Double.POSITIVE_INFINITY);
    }

運行結果是true，

    public void compareNaN(){
        System.out.println(Double.NaN == Double.NaN);
    }

運行結果是false，

可以看到NaN和NaN相比是false，

那么我們怎么比較NaN呢？

別急，Double提供了一個isNaN方法，我們可以這樣使用：

System.out.println(Double.isNaN(Double.NaN));

接下來我們看一個在代碼中經常會用到的一個Double決議：

    public void incorrectParse(String userInput){
        double val = 0;
        try {
            val = Double.valueOf(userInput);
        } catch (NumberFormatException e) {
        }
        //do something for val
    }

這段代碼有沒有問題？咋看下好像沒有問題，但是，如果我們的userInput是NaN，Infinity，或者-Infinity，Double.valueOf是可以決議得到結果的，

    public void testNaN(){
        System.out.println(Double.valueOf("NaN"));
        System.out.println(Double.valueOf("Infinity"));
        System.out.println(Double.valueOf("-Infinity"));
    }

運行輸出：

NaN
Infinity
-Infinity

所以，我們還需要額外去判斷NaN和Infinity：

public void correctParse(String userInput){
        double val = 0;
        try {
            val = Double.valueOf(userInput);
        } catch (NumberFormatException e) {
        }
        if (Double.isInfinite(val)){
            // Handle infinity error
        }

        if (Double.isNaN(val)) {
            // Handle NaN error
        }
        //do something for val
    }

不要使用float或者double作為回圈的計數器

考慮下面的代碼：

for (float x = 0.1f; x <= 1.0f; x += 0.1f) {
  System.out.println(x);
}

上面的代碼有什么問題呢？

我們都知道java中浮點數是不準確的，但是不一定有人知道為什么不準確，

這里給大家解釋一下，計算機中所有與的數都是以二進制存盤的，我們以0.6為例，

0.6轉成為二進制格式是乘2取整，0.6x2=1.2，取整剩余0.2，繼續上面的步驟0.2x2=0.4，0.4x2=0.8,0.8x2=1.6,取整剩余0.6，產生了一個回圈，

所以0.6的二進制格式是.1001 1001 1001 1001 1001 1001 1001 … 無限回圈下去，

所以，有些小數是無法用二進制精確的表示的，最終導致使用float或者double作為計數器是不準的，

BigDecimal的構建

為了解決float或者Double計算中精度缺失的問題，我們通常會使用BigDecimal，

那么在使用BigDecimal的時候，請注意一定不要從float構建BigDecimal，否則可能出現意想不到的問題，

    public void getFromFloat(){
        System.out.println(new BigDecimal(0.1));
    }

上面的代碼，我們得到的結果是：0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625，

這是因為二進制無法完美的展示所有的小數，

所以，我們需要從String來構建BigDecimal：

    public void getFromString(){
        System.out.println(new BigDecimal("0.1"));
    }

型別轉換問題

在java中各種型別的Number可以互相進行轉換：

比如：

• short to byte or char
• char to byte or short
• int to byte, short, or char
• long to byte, short, char, or int
• float to byte, short, char, int, or long
• double to byte, short, char, int, long, or float

或者反向：

• byte to short, int, long, float, or double
• short to int, long, float, or double
• char to int, long, float, or double
• int to long, float, or double
• long to float or double
• float to double

從大范圍的型別轉向小范圍的型別時，我們要考慮是否超出轉換型別范圍的情況：

    public void intToByte(int i){
        if ((i < Byte.MIN_VALUE) || (i > Byte.MAX_VALUE)) {
            throw new ArithmeticException("Value is out of range");
        }
        byte b = (byte) i;
    }

比如上面的例子中，我們將int轉換成為byte，那么在轉換之前，需要先判斷int是否超出了byte的范圍，

同時我們還需要考慮到精度的切換，看下面的例子：

    public void intToFloat(){
        System.out.println(subtraction(1111111111,1111111111));
    }

    public int subtraction(int i , float j){
        return i - (int)j;
    }

結果是多少呢？

答案不是0，而是-57，

為什么呢？

因為這里我們做了兩次轉換，第一次從1111111111轉換到float，float雖然有32位，但是只有23位是存放真正的數值的，1位是符號位，剩下的8位是指數位，

所以從1111111111轉換到float發送了精度丟失，

我們可以把subtraction方法修改一下，首先判斷float的范圍，如果超出了23bit的表示范圍，則說明發送了精度丟失，我們需要拋出例外：

    public int subtraction(int i , float j){
        System.out.println(j);
        if ((j > 0x007fffff) || (j < -0x800000)) {
            throw new ArithmeticException("Insufficient precision");
        }
        return i - (int)j;
    }

當然還有一種辦法，我們可以用精度更高的double來做轉換，double有52位來存放真正的資料，所以足夠了，

    public int subtractionWithDouble(int i , double j){
        System.out.println(j);
        return i - (int)j;
    }

本文的代碼：

learn-java-base-9-to-20/tree/master/security

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