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老大說:誰要再用double定義商品金額,就自己收拾東西走

2020-09-18 11:52:45 其他

image


先看現象

涉及諸如float或者double這兩種浮點型資料的處理時,偶爾總會有一些怪怪的現象,不知道大家注意過沒,舉幾個常見的栗子:

典型現象(一):條件判斷超預期

System.out.println( 1f == 0.9999999f );   // 列印:false
System.out.println( 1f == 0.99999999f );  // 列印:true    納尼?

典型現象(二):資料轉換超預期

float f = 1.1f;
double d = (double) f;
System.out.println(f);  // 列印:1.1
System.out.println(d);  // 列印:1.100000023841858  納尼?

典型現象(三):基本運算超預期

System.out.println( 0.2 + 0.7 );  

// 列印:0.8999999999999999   納尼?

典型現象(四):資料自增超預期

float f1 = 8455263f;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    System.out.println(f1);
    f1++;
}
// 列印:8455263.0
// 列印:8455264.0
// 列印:8455265.0
// 列印:8455266.0
// 列印:8455267.0
// 列印:8455268.0
// 列印:8455269.0
// 列印:8455270.0
// 列印:8455271.0
// 列印:8455272.0

float f2 = 84552631f;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    System.out.println(f2);
    f2++;
}
//    列印:8.4552632E7   納尼?不是 +1了嗎?
//    列印:8.4552632E7   納尼?不是 +1了嗎?
//    列印:8.4552632E7   納尼?不是 +1了嗎?
//    列印:8.4552632E7   納尼?不是 +1了嗎?
//    列印:8.4552632E7   納尼?不是 +1了嗎?
//    列印:8.4552632E7   納尼?不是 +1了嗎?
//    列印:8.4552632E7   納尼?不是 +1了嗎?
//    列印:8.4552632E7   納尼?不是 +1了嗎?
//    列印:8.4552632E7   納尼?不是 +1了嗎?
//    列印:8.4552632E7   納尼?不是 +1了嗎?

看到沒,這些簡單場景下的使用情況都很難滿足我們的需求,所以說用浮點數(包括doublefloat)處理問題有非常多隱晦的坑在等著咱們!

怪不得技術總監發狠話:誰要是敢在處理諸如 商品金額訂單交易、以及貨幣計算時用浮點型資料(double/float),直接讓我們走人!

image


原因出在哪里?

我們就以第一個典型現象為例來分析一下:

System.out.println( 1f == 0.99999999f );

直接用代碼去比較10.99999999,居然列印出true

image

這說明了什么?這說明了計算機壓根區分不出來這兩個數,這是為什么呢?

我們不妨來簡單思考一下:

我們知道輸入的這兩個浮點數只是我們人類肉眼所看到的具體數值,是我們通常所理解的十進制數,但是計算機底層在計算時可不是按照十進制來計算的,學過基本計組原理的都知道,計算機底層最終都是基于像010100100100110011011這種01二進制來完成的,

所以為了搞懂實際情況,我們應該將這兩個十進制浮點數轉化到二進制空間來看一看,

十進制浮點數轉二進制 怎么轉、怎么計算,我想這應該屬于基礎計算機進制轉換常識,在 《計算機組成原理》 類似的課上肯定學過了,咱就不在此贅述了,直接給出結果(把它轉換到IEEE 754 Single precision 32-bit,也就float型別對應的精度)

1.0(十進制) 
    ↓
00111111 10000000 00000000 00000000(二進制) 
    ↓
0x3F800000(十六進制)
0.99999999(十進制) 
    ↓
00111111 10000000 00000000 00000000(二進制) 
    ↓
0x3F800000(十六進制)

果不其然,這兩個十進制浮點數的底層二進制表示是一毛一樣的,怪不得==的判斷結果回傳true

但是1f == 0.9999999f回傳的結果是符合預期的,列印false,我們也把它們轉換到二進制模式下看看情況:

1.0(十進制) 
    ↓
00111111 10000000 00000000 00000000(二進制) 
    ↓
0x3F800000(十六進制)
0.9999999(十進制) 
    ↓
00111111 01111111 11111111 11111110(二進制) 
    ↓
0x3F7FFFFE(十六進制)

哦,很明顯,它倆的二進制數字表示確實不一樣,這是理所應當的結果,

那么為什么0.99999999的底層二進制表示竟然是:00111111 10000000 00000000 00000000 呢?

這不明明是浮點數1.0的二進制表示嗎?

這就要談一下浮點數的精度問題了,


浮點數的精度問題!

學過 《計算機組成原理》 這門課的小伙伴應該都知道,浮點數在計算機中的存盤方式遵循IEEE 754 浮點數計數標準,可以用科學計數法表示為:

image

只要給出:符號(S)階碼部分(E)尾數部分(M) 這三個維度的資訊,一個浮點數的表示就完全確定下來了,所以floatdouble這兩種浮點數在記憶體中的存盤結構如下所示:

image

image

1、符號部分(S)

0-正 1-負

2、階碼部分(E)(指數部分)

  • 對于float型浮點數,指數部分8位,考慮可正可負,因此可以表示的指數范圍為-127 ~ 128
  • 對于double型浮點數,指數部分11位,考慮可正可負,因此可以表示的指數范圍為-1023 ~ 1024

3、尾數部分(M)

浮點數的精度是由尾數的位數來決定的:

  • 對于float型浮點數,尾數部分23位,換算成十進制就是 2^23=8388608,所以十進制精度只有6 ~ 7位;
  • 對于double型浮點數,尾數部分52位,換算成十進制就是 2^52 = 4503599627370496,所以十進制精度只有15 ~ 16

所以對于上面的數值0.99999999f,很明顯已經超過了float型浮點資料的精度范圍,出問題也是在所難免的,


精度問題如何解決

所以如果涉及商品金額交易值貨幣計算等這種對精度要求很高的場景該怎么辦呢?

方法一:用字串或者陣列解決多位數問題

校招刷過演算法題的小伙伴們應該都知道,用字串或者陣串列示大數是一個典型的解題思路,

比如經典面試題:撰寫兩個任意位數大數的加法、減法、乘法等運算

這時候我們我們可以用字串或者陣列來表示這種大數,然后按照四則運算的規則來手動模擬出具體計算程序,中間還需要考慮各種諸如:進位借位符號等等問題的處理,確實十分復雜,本文不做贅述,

方法二:Java的大數類是個好東西

JDK早已為我們考慮到了浮點數的計算精度問題,因此提供了專用于高精度數值計算的大數類來方便我們使用,

在前文《不瞞你說,我最近跟Java原始碼杠上了》中說過,Java的大數類位于java.math包下:

image

可以看到,常用的BigIntegerBigDecimal就是處理高精度數值計算的利器,

BigDecimal num3 = new BigDecimal( Double.toString( 0.1f ) );
BigDecimal num4 = new BigDecimal( Double.toString( 0.99999999f ) );
System.out.println( num3 == num4 );  // 列印 false

BigDecimal num1 = new BigDecimal( Double.toString( 0.2 ) );
BigDecimal num2 = new BigDecimal( Double.toString( 0.7 ) );

// 加
System.out.println( num1.add( num2 ) );  // 列印:0.9

// 減
System.out.println( num2.subtract( num1 ) );  // 列印:0.5

// 乘
System.out.println( num1.multiply( num2 ) );  // 列印:0.14

// 除
System.out.println( num2.divide( num1 ) );  // 列印:3.5

當然了,像BigIntegerBigDecimal這種大數類的運算效率肯定是不如原生型別效率高,代價還是比較昂貴的,是否選用需要根據實際場景來評估,


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