Числовые классы

В каждом из шести числовых классов-оболочек есть статические методы преобразования строки символов типа string лредставляющей число, в соответствующий примитивный тип: Byte.parseByte(), Double.parseDouble(), Float.parseFloat(), Integer.parselnt(), Long.parseLong(), Short.parseShort() . Исходная строка типа string , как всегда в статических методах, задается как аргумент метода. Эти методы полезны при вводе данных в поля ввода, обработке параметров командной строки, т. е. всюду, где числа представляются строками цифр со знаками плюс или минус и десятичной точкой.

В каждом из этих классов есть статические константы MAX_VALUE и MIN_VALUE , показывающие диапазон числовых значений соответствующих примитивных типов. В классах Double и Float есть еще константы

POSITIVE_INFINITY, NEGATIVE_INFINITY, NaN , о которых шла речь в главе 1, и логические методы проверки isNan() , isInfinite() .

Если вы хорошо знаете двоичное представление вещественных чисел, то можете воспользоваться статическими методами floatTointBits() и doubieToLongBits() , преобразующими вещественное значение в целое. Вещественное число задается как аргумент метода. Затем вы можете изменить отдельные биты побитными операциями и преобразовать измененное целое число обратно в вещественное значение методами intsitsToFioat() и longBitsToDouble() .

Статическими методами toBinaryString(), toHexString() и toOctalString() классов integer и Long можно преобразовать целые значения типов int и long , заданные как аргумент метода, в строку символов, показывающую двоичное, шестнадцатеричное или восьмеричное представление числа.

В листинге 4.1 показано применение этих методов, а Рисунок 4.2 демонстрирует вывод результатов.

Класс Big Decimal

Класс BigDecimal расположен В пакете java.math .

Каждый объект этого класса хранит два целочисленных значения: мантиссу вещественного числа в виде объекта класса Biglnteger , и неотрицательный десятичный порядок числа типа int .

Например, для числа 76.34862 будет храниться мантисса 7 634 862 в объекте класса Biglnteger , и порядок 5 как целое число типа int . Таким образом, мантисса может содержать любое количество цифр, а порядок ограничен значением константы integer.MAX_VALUE . Результат операции над объектами класса BigDecimal округляется по одному из восьми правил, определяемых следующими статическими целыми константами:

ROUND_CEILING — округление в сторону большего целого; ROUND_DOWN — округление к нулю, к меньшему по модулю целому значению; ROUND_FLOOR — округление к меньшему целому; ROUND_HALF_DOWN — округление к ближайшему целому, среднее значение округляется к меньшему целому; ROUND_HALF_EVEN — округление к ближайшему целому, среднее значение округляется к четному числу; ROOND_HALF_UP — округление к ближайшему целому, среднее значение округляется к большему целому; ROUND_UNNECESSARY — предполагается, что результат будет целым, и округление не понадобится; ROUND_UP — округление от нуля, к большему по модулю целому значению.

В классе BigDecimal четыре конструктора:

BigDecimal (Biglnteger bi) — объект будет хранить большое целое bi, порядок равен нулю; BigDecimal (Biglnteger mantissa, int scale) — задается мантиса mantissa и неотрицательный порядок scale объекта; если порядок scale отрицателен, возникает исключительная ситуация; BigDecimal (double d) — объект будет содержать вещественное число удвоенной точности d ; если значение d бесконечно или NaN , то возникает исключительная ситуация; BigDecimal (String val) — число задается строкой символов val , которая должна содержать запись числа по правилам языка Java.

При использовании третьего из перечисленных конструкторов возникает неприятная особенность, отмеченная в документации. Поскольку вещественное число при переводе в двоичную форму представляется, как правило, бесконечной двоичной дробью, то при создании объекта, например, BigDecimal(0.1) , мантисса, хранящаяся в объекте, окажется очень большой. Она показана на Рисунок 4.5. Но при создании такого же объекта четвертым конструктором, BigDecimal ("0.1") , мантисса будет равна просто 1.

В Классе переопределены методы doubleValue(), floatValue(), intValue(), longValue() .

Большинство методов этого класса моделируют операции с вещественными числами. Они возвращают объект класса BigDecimal . Здесь буква х обозначает объект класса BigDecimal , буква n — целое значение типа int , буква r — способ округления, одну из восьми перечисленных выше констант:

abs() — абсолютное значение объекта this ;

add(x) — операция this + х ;

divide(х, r) — операция this / х с округлением по способу r ;

divide(х, n, r) — операция this / х с изменением порядка и округлением по способу r ;

mах(х) — наибольшее из this и х ;

min(x) — наименьшее из this и х ;

movePointLeft(n) — сдвиг влево на n разрядов;

movePointRight(n) — сдвиг вправо на n разрядов;

multiply(х) — операция this * х ;

negate() — возврзщает объект с обратным знаком;

scale() — возвращает порядок числз;

setscaie(n) — устзнавливает новый порядок n ;

setscaie(n, r) — устанавливает новый порядок п и округляет число при необходимости по способу r ;

signumo — знак числа, хранящегося в объекте;

subtract(х) — операция this - х ;

toBiginteger() — округление числа, хранящегося в объекте;

unscaiedvalue() —возвращает мантиссу числа.

Класс Biglnteger

Все примитивные целые типы имеют ограниченный диапазон значений. В целочисленной арифметике Java нет переполнения, целые числа приводятся по модулю, равному диапазону значений.

Для того чтобы было можно производить целочисленные вычисления с любой разрядностью, в состав Java API введен класс Biglnteger , хранящийся в пакете java.math . Этот класс расширяет класс Number , следовательно, в нем переопределены методы doubleValue(), floatValue(), intValue(), longValue() . Методы byteVaiue() и shortvalue() не переопределены, а прямо наследуются от класса Number .

Действия с объектами класса Biglnteger не приводят ни к переполнению, ни к приведению по модулю. Если результат операции велик, то число разрядов просто увеличивается. Числа хранятся в двоичной форме с дополнительным кодом.

Перед выполнением операции числа выравниваются по длине распространением знакового разряда.

Шесть конструкторов класса создают объект класса BigDecimai из строки символов (знака числа и цифр) или из массива байтов.

Две константы — ZERO и ONE — моделируют нуль и единицу в операциях с объектами класса Biglnteger .

Метод toByteArray() преобразует объект в массив байтов.

Большинство методов класса Biglnteger моделируют целочисленные операции и функции, возвращая объект класса Biglnteger :

abs() — возвращает объект, содержащий абсолютное значение числа, хранящегося в данном объекте this ; add(x) — операция this + х ; and(x) — операция this & х ; andNot(x) — операция this & (~х) ; divide (x) — операция this / х ; divideAndRemainder(х) — возвращает массив из двух объектов класса Biglnteger , содержащих частное и остаток от деления this на х ; gcd(x) — наибольший общий делитель, абсолютных, значений объекта this и аргумента х ; mах(х) — наибольшее из значений объекта this и аргумента х ; min(x) — наименьшее из значений объекта this и аргумента х ; mod(x) — остаток от деления объекта this на аргумент метода х ; modinverse(x) — остаток от деления числа, обратного объекту this , на аргумент х ; modPow(n, m) — остаток от деления объекта this , возведенного в степень n , на m ; multiply (х) —операция this * х ; negate() — перемена знака числа, хранящегося в объекте; not() — операция ~this ; оr(х) — операция this | х ; pow(n) — операция возведения числа, хранящегося в объекте, в степень n ; remainder(х) —операция this % х ; shiftLeft (n) — операция this « n ; shiftRight (n) — операция this » n; signum() — функция sign (x) ; subtract (x) — операция this - x ; xor(x) — операция this ^ x .

В листинге 4.3 приведены примеры использования данных методов, а Рисунок 4.4 показывает результаты выполнения этого листинга.

Класс Boolean

Это очень небольшой класс, предназначенный главным образом для того, чтобы передавать логические значения в методы по ссылке.

Конструктор Boolean (String s) создает объект, содержащий значение true , если строка s равна " true " в любом сочетании регистров букв, и значение false — для любой другой строки.

Логический метод booieanvalue() возвращает логическое значение, хранящееся в объекте.

Класс Character

В этом классе собраны статические константы и методы для работы с отдельными символами.

Статический метод

digit(char ch, in radix)

переводит цифру ch системы счисления с основанием radix в ее числовое значение типа int .

Статический метод

forDigit(int digit, int radix)

производит обратное преобразование целого числа digit в соответствующую цифру (тип char ) в системе счисления с основанием radix .

Основание системы счисления должно находиться в диапазоне от Character.MIN_RADIX до Character.MAX_RADIX.

Метод tostring() переводит символ, содержащийся в классе, в строку с тем же символом.

Статические методы toLowerCase() , touppercase(), toTitieCase() возвращают символ, содержащийся в классе, в указанном регистре. Последний из этих методов предназначен для правильного перевода в верхний регистр четырех кодов Unicode, не выражающихся одним символом.

Множество статических логических методов проверяют различные характеристики символа, переданного в качестве аргумента метода:

isDef ined() — выясняет, определен ли символ в кодировке Unicode; isDigit() — проверяет, является ли символ цифрой Unicode; isidentifierignorable() — выясняет, нельзя ли использовать символ в идентификаторах; isisocontroi() — определяет, является ли символ управляющим; isJavaidentifierPart() — выясняет, можно ли использовать символ в идентификаторах; isjavaidentifierstart() — определяет, может ли символ начинать идентификатор; isLetter() — проверяет, является ли символ буквой Java; IsLetterOrDigit() — Проверяет, является ли символ буквой или цифрой Unicode; isLowerCase() — определяет, записан ли символ в нижнем регистре; isSpaceChar() — выясняет, является ли символ пробелом в смысле Unicode; isTitieCase() — проверяет, является ли символ титульным; isUnicodeldentifierPart() — выясняет, можно ли использовать символ в именах Unicode; isunicodeidentifierstart() — проверяет, является ли символ буквой Unicode; isUpperCase() — проверяет, записан ли символ в верхнем регистре; isWhitespace() — выясняет, является ли символ пробельным.

Точные диапазоны управляющих символов, понятия верхнего и нижнего регистра, титульного символа, пробельных символов, лучше всего посмотреть по документации Java API.

Класс Class

Класс Object , стоящий во главе иерархии классов Java, представляет все объекты, действующие в системе, является их общей оболочкой. Всякий объект можно считать экземпляром класса Object .

Класс с именем class представляет характеристики класса, экземпляром которого является объект. Он хранит информацию о том, не является ли объект на самом деле интерфейсом, массивом или примитивным типом, каков суперкласс объекта, каково имя класса, какие в нем конструкторы, поля, методы и вложенные классы.

В классе class нет конструкторов, экземпляр этого класса создается исполняющей системой Java во время загрузки класса и предоставляется методом getciass() класса object , например:

String s = "Это строка";

Class с = s.getClass();

Статический метод forName(string class) возвращает объект класса class для класса, указанного в аргументе, например:

Class cl = Class.forName("Java,lang.String");

Но этот способ создания объекта класса class считается устаревшим (deprecated). В новых версиях JDK для этой цели используется специальная конструкция — к имени класса через точку добавляется слово class :

Class c2 = Java.lang.String.class;

Логические методы isArray(), isIntetface(), isPrimitive() позволяют уточнить, не является ли объект массивом, интерфейсом или примитивным типом.

Если объект ссылочного типа, то можно извлечь сведения о вложенных классах, конструкторах, методах и полях методами getoeciaredciasses() , getdeclaredConstructors(), getDeclaredMethods(), getDeclaredFields() , в виде массива классов, соответствейно, Class, Constructor, Method, Field . Последние три класса расположены в пакете java.lang.reflect и содержат сведения о конструкторах, полях и методах аналогично тому, как класс class хранит сведения о классах.

Методы getClasses(), getConstructors(), getlnterfaces(), getMethods(), getFieids() возвращают такие же массивы, но не всех, а только открытых членов класса.

Метод getsuperciass() возвращает суперкласс объекта ссылочного типа, getPackage() — пакет, getModifiers() — модификаторы класса В битовой форме. Модификаторы можно затем расшифровать методами класса Modifier из пакета Java.lang.reflect .

Классы примитивных типов

Рисунок 4.1. Классы примитивных типов

Помимо метода сравнения объектов equals о, переопределенного из класса object , все описанные в этой главе классы, кроме Boolean и class , имеют метод compareTo () , сравнивающий числовое значение, содержащееся в данном объекте, с числовым значением объекта — аргумента метода compareTo() . В результате работы метода получается целое значение:

0, если значения равны; отрицательное число (—1), если числовое значение в данном объекте меньше, чем в объекте-аргументе; положительное число (+1), если числовое значение в данном объекте больше числового значения, содержащегося в аргументе.

Что полезного в классах-оболочках?

Методы числовых классов

Листинг 4.1. Методы числовых классов

class NumberTest{

public static void main(String[] args){

int i = 0;

short sh = 0;

double d = 0;

Integer kl = new Integer(55);

Integer k2 = new Integer(100);

Double dl = new Double(3.14);

try{

i = Integer.parselnt(args[0]);

sh = Short.parseShort(args[0]);

d = Double.parseDouble(args[1]);

dl = new Double(args[1]);

kl = new Integer(args[0]);

}catch(Exception e){}

double x = 1.0/0.0;

System.out.println("i = " + i) ;

System.outjprintln("sh - " + sh) ;

System.out.println("d. = " + d) ;

System.out.println("kl.intValue() = " + kl.intValue());

System.out.println("dl.intValue() '= "'+ dl.intValuei));

System.out.println("kl >
k2? " + kl.compareTo(k2));

System.out.println ("x = " + x);

System.out.println("x isNaN? " + Double.isNaN(x));

System.out.println("x islnfinite? " + Double.islnfinite(x));

System.out.println("x == Infinity? " +

(x == Double.POSITIVE_INFINITY) );

System.out.println("d = " + Double.doubleToLongBits(d));

System.out.println("i = " + Integer.toBinaryString(i));

System.out.println("i = " + Integer.toHexString(i));

System.out.println("i = " + Integer.toOctalString(i));

}

Методы parseint() и конструкторы классов требуют обработки исключений, поэтому в листинг 4.1 вставлен блок try{} catch(){} . Обработку исключительных ситуаций мы разберем в главе 16.

демонстрирует использование

Листинг 4.2 демонстрирует использование этих методов, а на Рисунок 4.3 показан вывод этой программы.

Методы класса Character

Листинг 4.2. Методы класса Character в программе CharacterTest

class CharacterTest{

public static void main(String[] args){

char ch = '9';

Character cl = new Character(ch);

System.out.println("ch = " + ch);

System.out.println("cl.charValue() = " +

c1.charValue());

System.out.println("number of 'A' = " +

Character.digit('A', 16}};

System.out.println("digit for 12 = " +

Character.forDigit(12, 16}};

System.out.printlnC'cl = " + cl.toString() );

System.out.println("ch isDefined? " +

Character.isDefined(ch));

System.out.println("ch isDigit? " +

Character.isDigit(ch));

System.out.println("ch isldentifierlgnorable? " +

Character.isldentifierlgnorable(ch));

System.out.println("ch isISOControl? " +

Character.isISOControl(ch));

System.out.println("ch isJavaldentifierPart? " +

Character.isJavaldentifierPart(ch));

System.out.println("ch isJavaldentifierStart? " +

Character.isJavaldentifierStart(ch));

System.out.println("ch isLetter? " +

Character.isLetter(ch));

System.out.println("ch isLetterOrDigit? " +

Character.isLetterOrDigit(ch));

System.out.println("ch isLowerCase? " +

Character.isLowerCase(ch));

System.out.println("ch isSpaceChar? " +

Character.isSpaceChar(ch));

System.out.println("ch isTitleCase? " +

Character.isTitleCase(ch));

System.out.println("ch isUnicodeldentifierPart? " +

Character.isUnicodeldentifierPart(ch));

System.out.println("ch isUnicodeldentifierStart? " +

Character.isUnicodeldentifierStart(ch));

System.out.println("ch isUpperCase? " +

Character.isUpperCase(ch));

System.out.println("ch isWhitespace? " +

Character.isWhitespace(ch));
} }

В класс Character вложены классы Subset и UnicodeBlock , причем класс Unicode и еще один класс, inputSubset , являются расширениями класса Subset , как это видно на Рисунок 4.1. Объекты этого класса содержат подмножества Unicode.

Методы класса Biglnteger

Листинг 4.3. Методы класса Biglnteger в программе BiglntegerTest

import Java.math.Biglnteger;

class BiglntegerTest{

public static void main(String[] args){

Biglnteger a = new Biglnteger("99999999999999999") ;

Biglnteger b = new Biglnteger("88888888888888888888");

System.out.println("bits in a = " + a.bitLength());

System.out.println("bits in b = " + b.bitLengthO);

System.out.println("a + b = " + a.add(b));

System.out.println("a & b = " + a.and(b));

System.out.println("a & ~b = " + a.andNot(b));

System.out.println("a / b = " + a.divide(b));

Biglnteger[] r = a.divideAndRemainder(b);

System.out.println("a / b: q = " + r[0] + ", r = " + r[l]);

System.out.println("gcd(a, b) = " + a.gcd(b));

System.out.println("max(a, b) = " + a.max(b));

System.out.printin("min(a, b) = " + a.min(b));

System.out.println("a mod b = " + a.mod(b));

System.out.println("I/a mod b = " + a.modlnverse(b));

System.out.println("алп mod b = " + a.modPow(a, b));

System.out.println("a * b = " + a.multiply(b));

System.out.println("-a = " + a.negate());

System, out. println ("~a = " + a.not());

System.out.println("a | b = " + a.or(b));

System.out.println("а л 3 = " + a.pow(3));

System.out.println("a % b = " + a.remainder(b));

System.out.println("a « 3 = " + a.shiftLeft(3)};

System.out.println("a » 3 = " + a.shiftRight(3));

System.out.println("sign(a) = " + a.signum());

System.out.println("a - b = " + a.subtract(b));

System.out.println("а л b = " + a.xor(b));

}

Обратите внимание на то, что в программу листинга 4.3 надо импортировать пакет Java.math .

Методы класса BigDecimal

Листинг 4.4. Методы класса BigDecimal В программе BigDecimalTest

import java.math.*;

class BigDecimalTest{

public static void main,( String [] args) {

BigDecimal x = new BigDecimal("-12345.67890123456789");

BigDecimal у = new BigDecimal("345.7896e-4");

BigDecimal z = new BigDecimal(new Biglnteger("123456789"),8);

System.out.println("|x| = " + x.abs());

System.out.println("x + у = " + x.add(y));

System.out.println("x / у = " + x.divide(y, BigDecimal.ROUND__DOWN));

System.out.println("х / у = " +

x.divide(y, 6, BigDecimal.ROUND_HALF_EVEN));

System.out.println("max(x, y) = " + x.max(y));

System.out.println("min(x, y) = " + x.min(y));

System.out.println("x « 3 = " * x.movePointLeft(3));

System.out.println("x » 3 = " + x.mpvePQintRight(3));

System.out.println("x * у = " + x.multiply(y));

System.out.println("-x = " + x.negate());

System.out.println("scale of x = " + x.scale());

System.out.println("increase scale of x to 20 = " + x.setScale(20));

System.out.println("decrease scale of x to 10 = " +

x.setScale (10, BigDecimal.ROUND_HALF__UP)) ;

System.out.println("sign(x) = " + x.signum());

System.out.println("x - у = " + x.subtract(y)};

System.out.println("round x = " + x.toBiglnteger());

System.out.println("mantissa of x = " + x.unscaledValue());

System.out.println("mantissa of 0.1 =\n= " +

new BigDecimal(0.1).unscaledValue());
} }

Приведем еще один пример. Напишем простенький калькулятор, выполняющий четыре арифметических действий с числами любой величины. Он работает из командной строки. Программа представлена в листинге 4.5, а примеры использования калькулятора — на Рисунок 4.6.

показывает примеры

Листинг 4.4 показывает примеры использования этих методов, а Рисунок 4.5 — вывод результатов.

Простейший калькулятор

Листинг 4.5. Простейший калькулятор

import Java.math.*;

class Calc{

public static void main(String[] args){

if (args.length < 3){

System.err.println("Usage: Java Calc operand operator operand");

return;

}

BigDecimal a = new BigDecimal(args[0]);

BigDecimal b = new BigDecimal(args[2]);

switch (args[l].charAt(0)){

case '+': System.out.println(a.add(b));
break;

case '-': System.out.println(a.subtract(b));
break;

case '*': System.out.println(a.multiply(b));
break;

case '/': System.out.println(a.divide(b,

BigDecimal.ROUND_HALF_EVEN));
break;

default : System.out.println("Invalid operator");

}

Почему символ умножения — звездочка — заключен на Рисунок 4.6 в кавычки? "Юниксоидам" это понятно, а для других дадим краткое пояснение.

показывает применение

Листинг 4.6 показывает применение этих методов, а Рисунок 4.7 — вывод результатов

Листийс 4.6 tМетоды класса Class в программе ClassTest

import java.lang.reflect.*;

class ClassTest{

public static void main(String[] args)(

Class с = null, c1 = null, c2 = null;

Field[] fld = null;

String s = "Some string";

с = s.getClass();

try{

cl = Class.forName("Java.lang.String");
// Старый стиль

c2 = Java.lang.String.class; // Новый стиль

if (!c1.isPrimitive())

fid = cl.getDeclaredFields();
// Все поля класса String

}catch(Exception e){}

System.out.println("Class c: " + c);

System.out.println("Class cl: " + cl);

System,out.println("Class c2: " + c2);

System.out.printlnt"Superclass c: " + c.getSuperclass());

System.out.println("Package c: " + c.getPackageO);

System.out.printlnf"Modifiers c: " + c.getModifiers());

for(int i = 0; i < fid.length; i++)

System.out.println(fld[i]);

}

Методы, возвращающие свойства классов, вызывают исключительные ситуации, требующие обработки. Поэтому в программу введен блок try{} catch() {} . Рассмотрение обработки исключительных ситуаций мы откладываем до главы 16.

Методы числовых классов ;

Рисунок 4.2. Методы числовых классов ;

Методы класса BigDecimal в программе BigDecimalTest

Рисунок 4.5. Методы класса BigDecimal в программе BigDecimalTest

Методы класса Biglnteger в программе BiglntegerTest

Рисунок 4.4. Методы класса Biglnteger в программе BiglntegerTest

Методы класса Character в программе CharacterTest

Рисунок 4.3. Методы класса Character в программе CharacterTest

Вместе с классами-оболочками удобно рассмотреть два класса для работы со сколь угодно большими числами.

Методы класса Class в программе ClassTest

Рисунок 4.7. Методы класса Class в программе ClassTest

Результаты работы калькулятора

Рисунок 4.6. Результаты работы калькулятора

Это особенность операционной системы, а не языка Java. Введенную с клавиатуры строку вначале просматривает командная оболочка (shell) операционной системы, а звездочка для нее — указание подставить на это место все имена файлов из текущего каталога. Оболочка сделает это, и интерпретатор Java получит от нее длинную строку, в которой вместо звездочки стоят имена файлов через пробел.

Звездочка в кавычках понимается командной оболочкой как обычный символ. Командная оболочка снимает кавычки и передает интерпретатору Java то, что надо.