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Java Number & Math 类

作为 Java 开发者,我们经常需要处理各种数值计算和数学运算场景。Java 标准库为此提供了强大的数值处理工具集,主要包括:Number 类及其子类(Integer、Double、Byte、Short等)以及 Math 类。

本文将深入剖析这两个核心类的设计原理与应用技巧,通过典型场景案例解析其最佳实践。

Java Number类继承关系图


Java Number 类

在日常开发中,处理数值数据时通常直接使用内置的基本数据类型(如:byteintlongdouble等),这些基础数据类型经过深度优化,不仅能够提供卓越的计算性能,还能高效满足绝大多数应用场景的需求。

Java 代码

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int a = 5000;     // 整数类型
float b = 13.65f; // 单精度浮点数类型
byte c = 0x4a;    // 字节类型,十六进制表示

然而在实际开发中,我们常常会遇到需要将基本数据类型作为对象处理的场景,比如集合类操作、泛型编程或需要区分未赋值状态的场合。为此,Java为每个基本数据类型提供了对应的包装类(Integer、Long、Byte、Double、Float、Short)。

类名 对应基本类型 描述
Byte byte 字节型包装类
Short short 短整型包装类
Integer int 整型包装类
Long long 长整型包装类
Float float 单精度浮点型包装类
Double double 双精度浮点型包装类
BigInteger - 不可变任意精度整数
BigDecimal - 不可变任意精度有符号十进制数

Java 通过自动装箱(Autoboxing)和拆箱(Unboxing)机制实现了基本类型与包装类的无缝转换。当需要将基本类型(如int)作为对象使用时,编译器会自动将其装箱为对应的包装类(如 Integer);反之,当需要将包装类对象作为基本类型使用时,编译器会自动执行拆箱操作。值得注意的是,所有这些包装类以及 Number 抽象类都定义在java.lang包中,因此无需显式导入即可直接使用。

Number 是一个抽象类,主要作用是为各种数值类型提供统一的转换方法:

Java 代码

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public abstract class Number implements Serializable {
    // 抽象方法
    public abstract int intValue();
    public abstract long longValue();
    public abstract float floatValue();
    public abstract double doubleValue();

    // Java 8 新增
    public byte byteValue() {
        return (byte)intValue();
    }
    public short shortValue() {
        return (short)intValue();
    }
}

下面是一个使用 Integer 对象的实例:

Java 代码

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public class Test{

   public static void main(String[] args){
      Integer x = 5;
      x =  x + 10;
      System.out.println(x);
   }
}

以上实例编译运行结果如下:

15

当 x 被赋为整型值时,由于 x 是一个对象,所以编译器要对x进行装箱。然后,为了使 x 能进行加运算,所以要对 x 进行拆箱。

常用方法示例

1. 基本类型转换:

Java 代码

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Number num = 1234.56; // 实际是Double类型

System.out.println(num.intValue());    // 1234 (截断小数)
System.out.println(num.longValue());   // 1234
System.out.println(num.floatValue());  // 1234.56
System.out.println(num.doubleValue()); // 1234.56

2. 数值比较:

Java 代码

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Integer x = 10;
Double y = 10.0;

// 正确比较方式:转换为同一类型后比较
System.out.println(x.doubleValue() == y.doubleValue()); // true

特殊数值处理

1. 处理大数:

Java 代码

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BigInteger bigInt = new BigInteger("12345678901234567890");
BigDecimal bigDec = new BigDecimal("1234567890.1234567890");

// 大数运算
BigInteger sum = bigInt.add(new BigInteger("1"));
BigDecimal product = bigDec.multiply(new BigDecimal("2"));

2. 数值格式化:

Java 代码

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NumberFormat nf = NumberFormat.getInstance();
nf.setMaximumFractionDigits(2);

System.out.println(nf.format(1234.5678)); // "1,234.57"

自动装箱与拆箱

1. Java 5+ 支持自动转换:

Java 代码

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// 自动装箱
Integer autoBoxed = 42; // 编译器转换为 Integer.valueOf(42)

// 自动拆箱
int autoUnboxed = autoBoxed; // 编译器转换为 autoBoxed.intValue()

Java Math 类

Math 类是 Java 提供的数学工具类,位于 java.lang 包中,包含执行基本数值运算的静态方法。

Java 的 Math 包含了用于执行基本数学运算的属性和方法,如初等指数、对数、平方根和三角函数。

Math 的方法都被定义为 static 形式,通过 Math 类可以在主函数中直接调用。

Java 代码

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public class Test {
    public static void main (String []args)
    {
        System.out.println("90 度的正弦值:" + Math.sin(Math.PI/2));
        System.out.println("0度的余弦值:" + Math.cos(0));
        System.out.println("60度的正切值:" + Math.tan(Math.PI/3));
        System.out.println("1的反正切值: " + Math.atan(1));
        System.out.println("π/2的角度值:" + Math.toDegrees(Math.PI/2));
        System.out.println(Math.PI);
    }
}

以上实例编译运行结果如下:

90 度的正弦值:1.0
0度的余弦值:1.0
60度的正切值:1.7320508075688767
1的反正切值: 0.7853981633974483
π/2的角度值:90.0
3.141592653589793

高级数学运算

Math 类还提供了更复杂的数学运算方法,如指数、对数、平方根等。

1. 指数对数运算:

Java 代码

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Math.exp(1);      // e^1 ≈ 2.718
Math.log(Math.E); // ln(e) = 1
Math.log10(100);  // log10(100) = 2

2. 随机数生成:

Java 代码

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// 生成[0.0, 1.0)之间的随机数
double random = Math.random();

// 生成[1, 100]的随机整数
int randomInt = (int)(Math.random() * 100) + 1;

3. 其他运算:

Java 代码

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Math.hypot(3, 4); // 计算sqrt(x²+y²) → 5.0
Math.IEEEremainder(10, 3); // IEEE余数 → 1.0

4. 常量字段:

Java 代码

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Math.PI;    // π ≈ 3.141592653589793
Math.E;     // 自然对数底数e ≈ 2.718281828459045

Number & Math 类方法

下面的表中列出的是 Number & Math 类常用的一些方法:

序号 方法 描述
1 xxxValue() 将 Number 对象转换为 xxx 数据类型的值并返回。
2 compareTo() 将 number 对象与参数比较。
3 equals() 判断 number 对象是否与参数相等。
4 valueOf() 返回一个 Number 对象指定的内置数据类型
5 toString() 以字符串形式返回值。
6 parseInt() 将字符串解析为int类型。
7 abs() 返回参数的绝对值。
8 ceil() 返回大于等于( >= )给定参数的的最小整数,类型为双精度浮点型。
9 floor() 返回小于等于(<=)给定参数的最大整数 。
10 rint() 返回与参数最接近的整数。返回类型为double。
11 round() 它表示四舍五入,算法为 Math.floor(x+0.5),即将原来的数字加上 0.5 后再向下取整,所以,Math.round(11.5) 的结果为12,Math.round(-11.5) 的结果为-11。
12 min() 返回两个参数中的最小值。
13 max() 返回两个参数中的最大值。
14 exp() 返回自然数底数e的参数次方。
15 log() 返回参数的自然数底数的对数值。
16 pow() 返回第一个参数的第二个参数次方。
17 sqrt() 求参数的算术平方根。
18 sin() 求指定double类型参数的正弦值。
19 cos() 求指定double类型参数的余弦值。
20 tan() 求指定double类型参数的正切值。
21 asin() 求指定double类型参数的反正弦值。
22 acos() 求指定double类型参数的反余弦值。
23 atan() 求指定double类型参数的反正切值。
24 atan2() 将笛卡尔坐标转换为极坐标,并返回极坐标的角度值。
25 toDegrees() 将参数转化为角度。
26 toRadians() 将角度转换为弧度。
27 random() 返回一个随机数。

Math 的 floor,round 和 ceil 方法实例比较

参数 Math.floor Math.round Math.ceil
1.4 1 1 2
1.5 1 2 2
1.6 1 2 2
-1.4 -2 -1 -1
-1.5 -2 -1 -1
-1.6 -2 -2 -1

floor,round 和 ceil 实例

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public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    double[] nums = { 1.4, 1.5, 1.6, -1.4, -1.5, -1.6 };
    for (double num : nums) {
      test(num);
    }
  }

  private static void test(double num) {
    System.out.println("Math.floor(" + num + ")=" + Math.floor(num));
    System.out.println("Math.round(" + num + ")=" + Math.round(num));
    System.out.println("Math.ceil(" + num + ")=" + Math.ceil(num));
  }
}

以上实例执行输出结果为:

Math.floor(1.4)=1.0
Math.round(1.4)=1
Math.ceil(1.4)=2.0
Math.floor(1.5)=1.0
Math.round(1.5)=2
Math.ceil(1.5)=2.0
Math.floor(1.6)=1.0
Math.round(1.6)=2
Math.ceil(1.6)=2.0
Math.floor(-1.4)=-2.0
Math.round(-1.4)=-1
Math.ceil(-1.4)=-1.0
Math.floor(-1.5)=-2.0
Math.round(-1.5)=-1
Math.ceil(-1.5)=-1.0
Math.floor(-1.6)=-2.0
Math.round(-1.6)=-2
Math.ceil(-1.6)=-1.0


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